A mina está ficando mais profunda a cada ano – 30 m, de acordo com relatórios do setor.
À medida que a profundidade aumenta, também aumenta a necessidade de ventilação e resfriamento, e a Howden sabe disso por experiência própria, trabalhando com as minas mais profundas da África do Sul.
A Howden foi fundada em 1854 por James Howden na Escócia como uma empresa de engenharia naval e chegou à África do Sul na década de 1950 para atender às necessidades dos setores de mineração e energia. Na década de 1960, a empresa ajudou a equipar as minas de ouro profundas do país com todos os sistemas de ventilação e resfriamento necessários para extrair minério com segurança e eficiência a quilômetros de profundidade.
“Inicialmente, a mina usava apenas ventilação como método de resfriamento, mas conforme a profundidade da mineração aumentava, o resfriamento mecânico era necessário para compensar a crescente carga de calor na mina”, disse Teunes Wasserman, chefe da divisão de Resfriamento e Compressores de Mina da Howden, à IM.
Muitas minas de ouro profundas na África do Sul instalaram resfriadores centrífugos Freon™ acima e abaixo do solo para fornecer o resfriamento necessário para o pessoal e equipamentos subterrâneos.
Apesar da melhoria no status quo, o sistema de dissipação de calor da máquina subterrânea mostrou-se problemático, pois a capacidade de resfriamento da máquina era limitada pela temperatura e pela quantidade de ar de exaustão disponível, disse Wasserman. Ao mesmo tempo, a qualidade da água da mina causava incrustações graves nos trocadores de calor de casco e tubos usados ​​nesses primeiros chillers centrífugos.
Para resolver esse problema, as minas começaram a bombear ar frio da superfície para o solo. Embora isso aumente a capacidade de resfriamento, a infraestrutura necessária ocupa espaço no silo, e o processo consome muita energia.
Para resolver esses problemas, as minas querem maximizar a quantidade de ar frio trazido ao solo por meio de unidades de água gelada.
Isso levou a Howden a introduzir resfriadores de parafuso amino em minas na África do Sul, primeiro em conjunto com os resfriadores centrífugos de superfície existentes. Isso levou a uma mudança radical na quantidade de refrigerante que pode ser fornecida a essas minas de ouro subterrâneas profundas, resultando em uma redução na temperatura média da água superficial de 6 a 8 °C para 1 °C. A mina pode utilizar a mesma infraestrutura de dutos, muitos dos quais já estão instalados, aumentando significativamente a quantidade de resfriamento fornecida às camadas mais profundas.
Aproximadamente 20 anos após o lançamento do WRV 510, a Howden, líder de mercado no setor, desenvolveu o WRV 510, um compressor de parafuso de bloco grande com rotor de 510 mm. Era um dos maiores compressores de parafuso do mercado na época e correspondia ao tamanho do módulo de resfriamento necessário para resfriar as minas profundas da África do Sul.
“Isso é um divisor de águas, pois as minas podem instalar um único chiller de 10 a 12 MW em vez de vários”, disse Wasserman. “Ao mesmo tempo, a amônia, como refrigerante verde, é adequada para combinações de compressores de parafuso e trocadores de calor de placas.”
As considerações sobre amônia foram formalizadas em especificações e padrões de segurança para amônia na indústria de mineração, com a Howden desempenhando um papel importante no processo de projeto. Essas especificações foram atualizadas e incorporadas à legislação sul-africana.
Esse sucesso é evidenciado pela instalação de mais de 350 MW de capacidade de refrigeração de amônia pela indústria de mineração da África do Sul, considerada a maior do mundo.
Mas a inovação da Howden na África do Sul não parou por aí: em 1985, a empresa adicionou uma máquina de gelo de superfície à sua crescente linha de refrigeradores de minas.
Como as opções de resfriamento de superfície e subterrâneo estão sendo maximizadas ou consideradas muito caras, as minas precisam de uma nova solução de resfriamento para expandir ainda mais a mineração para níveis mais profundos.
A Howden instalou sua primeira usina de produção de gelo (exemplo abaixo) em 1985 na EPM (East Rand Proprietary Mine), a leste de Joanesburgo, que tem uma capacidade total de resfriamento final de cerca de 40 MW e uma capacidade de gelo de 4.320 t/h.
A base da operação é a formação de gelo na superfície e seu transporte através da mina até uma barragem de gelo subterrânea, onde a água da barragem circula em estações de resfriamento subterrâneas ou é utilizada como água de processo para perfuração de poços. O gelo derretido é então bombeado de volta à superfície.
O principal benefício deste sistema de produção de gelo é a redução dos custos de bombeamento, o que reduz os custos operacionais associados aos sistemas de água gelada de superfície em aproximadamente 75-80%. Tudo se resume à inerente "energia de resfriamento armazenada nas transições de fase da água", disse Wasserman, explicando que 1 kg/s de gelo tem a mesma capacidade de resfriamento que 4,5-5 kg/s de água congelada.
Devido à “eficiência de posicionamento superior”, a barragem subterrânea pode ser mantida entre 2 e 5°C para melhorar o desempenho térmico da estação subterrânea de resfriamento de ar, maximizando novamente a capacidade de resfriamento.
Outra vantagem da relevância particular de uma usina de gelo na África do Sul, um país conhecido por sua rede elétrica instável, é a capacidade do sistema de ser usado como um método de armazenamento de calor, onde o gelo é criado e acumulado em barragens de gelo subterrâneas e durante os períodos de pico.
Este último benefício levou ao desenvolvimento de um projeto de parceria industrial apoiado pela Eskom, no qual a Howden está investigando o uso de máquinas de gelo para reduzir a demanda máxima de eletricidade, com casos de teste em Mponeng e Moab Hotsong, as minas subterrâneas mais profundas do mundo.
“Congelamos a barragem à noite (após o expediente) e usamos água e gelo derretido como fonte de resfriamento para a mina durante os horários de pico”, explicou Wasserman. “As unidades de resfriamento da base são desligadas durante os períodos de pico, o que reduz a carga na rede.”
Isso levou ao desenvolvimento de uma máquina de gelo pronta para uso em Mponeng, onde a Howden concluiu o trabalho, incluindo equipamentos civis, elétricos e mecânicos para uma máquina de gelo de 12 MW e 120 t/h.
As adições recentes à estratégia de resfriamento central da Mponeng incluem gelo macio, água gelada de superfície, resfriadores de ar de superfície (BACs) e um sistema de resfriamento subterrâneo. a presença nas águas da mina de concentrações elevadas de sais dissolvidos e cloretos durante o trabalho.
A riqueza de experiência e o foco da África do Sul em soluções, não apenas em produtos, continuam a transformar os sistemas de refrigeração em todo o mundo, diz ele.
Como Wasserman mencionou, à medida que mais e mais minas se aprofundam e ocupam mais espaço, é fácil ver soluções como essa encontradas em outras partes do mundo.
Meinhardt afirmou: "A Howden exporta sua tecnologia de resfriamento profundo para minas para a África do Sul há décadas. Por exemplo, fornecemos soluções de resfriamento para minas de ouro subterrâneas em Nevada na década de 1990.
“Uma tecnologia interessante usada em algumas minas sul-africanas é o armazenamento de gelo térmico para transferência de carga – a energia térmica é armazenada em grandes barragens de gelo. O gelo é produzido e utilizado durante os horários de pico”, disse ele. “Tradicionalmente, as unidades de refrigeração são projetadas para uma temperatura ambiente máxima que pode chegar a três horas por dia durante os meses de verão. No entanto, se você tiver a capacidade de armazenar energia de resfriamento, poderá reduzir essa capacidade.”
“Se você tem um plano com uma tarifa de pico relativamente alta e deseja aumentar para tarifas mais baratas fora dos períodos de pico, essas soluções para produção de gelo podem ser um bom argumento de negócios”, disse ele. “O capital inicial para a planta pode compensar os custos operacionais mais baixos.”
Ao mesmo tempo, o BAC, que tem sido usado em minas sul-africanas há décadas, está ganhando cada vez mais importância global.
Em comparação com os projetos tradicionais de BACs, a última geração de BACs apresenta maior eficiência térmica do que seus antecessores, limites de temperatura do ar na mina mais baixos e um tamanho menor. Eles também integram um módulo de resfriamento sob demanda (CoD) à plataforma Howden Ventsim CONTROL, que ajusta automaticamente a temperatura do ar no colar para atender às necessidades do subsolo.
No ano passado, a Howden entregou três BACs de nova geração para clientes no Brasil e em Burkina Faso.
A empresa também é capaz de produzir soluções personalizadas para condições operacionais difíceis; um exemplo recente é a instalação "exclusiva" de resfriadores de amônia BAC para a OZ Minerals na mina Carrapateena, no sul da Austrália.
“A Howden instalou condensadores secos com compressores de amônia Howden e resfriadores de ar seco em circuito fechado na Austrália, na ausência de água disponível”, disse Wasserman sobre a instalação. “Como se trata de uma instalação 'seca' e não de resfriadores de spray abertos instalados em sistemas de água, esses resfriadores foram projetados para máxima eficiência.”
Atualmente, a empresa está testando uma solução de monitoramento de tempo de atividade para uma usina BAC onshore de 8 MW (foto abaixo) projetada e construída na mina Yaramoko Fortuna Silver (antigamente Roxgold) em Burkina Faso.
O sistema, controlado pela planta da Howden em Joanesburgo, permite que a empresa aconselhe sobre potenciais melhorias de eficiência e manutenção para manter a planta operando em seu nível ideal. A unidade BAC no complexo de mineração de Caraíba, em Ero Copper, Brasil, também foi projetada para utilizar esse recurso.
A plataforma Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) continua a construir relacionamentos sustentáveis ​​de valor agregado e a empresa lançará dois estudos de viabilidade de Ventilação sob Demanda (VoD) no país em 2021.
Bem na fronteira com o Zimbábue, a empresa está trabalhando em um projeto que permitirá vídeo sob demanda para portas automáticas em minas subterrâneas, permitindo que elas abram em intervalos variados e forneçam a quantidade certa de ar de resfriamento, dependendo das necessidades específicas do veículo.
Este desenvolvimento tecnológico, usando infraestrutura de mineração disponível e fontes de dados prontas para uso, será uma parte importante dos produtos futuros da Howden.
A experiência da Howden na África do Sul: aprenda como projetar soluções de resfriamento para lidar com a má qualidade da água em suas minas de ouro profundas, como tornar as soluções o mais eficientes possível em termos de energia para evitar problemas na rede e como atender a alguns dos requisitos mais rigorosos de qualidade do ar. Regulamentação – continuará a render frutos para minas ao redor do mundo.
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