A mina está ficando mais profunda a cada ano – 30 metros, de acordo com relatórios da indústria.
À medida que a profundidade aumenta, também aumenta a necessidade de ventilação e refrigeração, 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 entrou na África do Sul na década de 1950 para atender às necessidades das indústrias 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 refrigeração necessários para extrair minério com segurança e eficiência a quilômetros de profundidade.
“Inicialmente, a mina utilizava apenas a ventilação como método de resfriamento, mas, à medida que a profundidade da mineração aumentava, o resfriamento mecânico tornou-se necessário para compensar a crescente carga térmica na mina”, disse Teunes Wasserman, chefe da divisão de Resfriamento e Compressores de Minas da Howden, à IM.
Muitas minas de ouro profundas na África do Sul instalaram resfriadores centrífugos de Freon™ acima e abaixo do solo para fornecer o resfriamento necessário para o pessoal e os equipamentos subterrâneos.
Apesar da melhoria no status quo, o sistema de dissipação de calor da máquina subterrânea mostrou-se problemático, já que 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 severas nos trocadores de calor de casco e tubo usados ​​nesses primeiros resfriadores centrífugos.
Para resolver esse problema, as minas começaram a bombear ar frio da superfície para o subsolo. Embora isso aumente a capacidade de resfriamento, a infraestrutura necessária ocupa espaço no silo e o processo consome muita energia.
Para solucionar esses problemas, as mineradoras querem maximizar a quantidade de ar frio que chega 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, inicialmente em conjunto com os resfriadores centrífugos de superfície existentes. Isso resultou em uma mudança significativa na quantidade de fluido refrigerante que pode ser fornecida a essas minas de ouro subterrâneas profundas, levando a uma diminuição da temperatura média da água na superfície de 6-8°C para 1°C. A mina pode utilizar a mesma infraestrutura de tubulação, muitas das quais já estão instaladas, enquanto aumenta significativamente a quantidade de resfriamento fornecida às camadas mais profundas.
Aproximadamente 20 anos após o lançamento do WRV 510, a Howden, uma empresa líder de mercado no setor, desenvolveu o WRV 510, um compressor de parafuso de grande porte com rotor de 510 mm. Era um dos maiores compressores de parafuso disponíveis na época e atendia às dimensões do módulo de resfriamento necessárias para refrigerar as minas profundas da África do Sul.
“Isso muda tudo, porque as mineradoras podem instalar um único chiller de 10 a 12 MW em vez de vários chillers”, disse Wasserman. “Ao mesmo tempo, a amônia, como refrigerante ecológico, é muito adequada para combinações de compressores de parafuso e trocadores de calor de placas.”
As considerações relativas à amônia foram formalizadas em especificações e normas de segurança para amônia na indústria de mineração, com a Howden desempenhando um papel importante no processo de projeto. Elas foram atualizadas e incorporadas à legislação sul-africana.
Esse sucesso é comprovado pela instalação de mais de 350 MW de capacidade de refrigeração por 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 gama de refrigeradores para minas.
À medida que as opções de resfriamento na superfície e no subsolo são 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 fábrica de gelo (exemplo abaixo) em 1985 na EPM (East Rand Proprietary Mine), a leste de Joanesburgo, que tem uma capacidade total de refrigeração de cerca de 40 MW e uma capacidade de produção de gelo de 4320 t/h.
O princípio da operação consiste na formação de gelo na superfície e no seu transporte através da mina até uma barragem de gelo subterrânea, onde a água dessa barragem é então recirculada em estações de resfriamento subterrâneas ou utilizada como água de processo para perfuração de poços. O gelo derretido é então bombeado de volta para a superfície.
A principal vantagem desse sistema de fabricação de gelo é a redução dos custos de bombeamento, o que diminui os custos operacionais associados aos sistemas de água gelada de superfície em aproximadamente 75 a 80%. Isso se deve à “energia de resfriamento inerente armazenada nas transições de fase da água”, explicou Wasserman, acrescentando que 1 kg/s de gelo tem a mesma capacidade de resfriamento que 4,5 a 5 kg/s de água congelada.
Graças à "eficiência de posicionamento superior", a barragem subterrânea pode ser mantida a uma temperatura de 2 a 5 °C para melhorar o desempenho térmico da estação subterrânea de resfriamento a ar, maximizando, assim, a capacidade de refrigeração.
Outra vantagem da relevância particular de uma usina de energia a 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 subterrâneas durante os períodos de pico.
Este último benefício levou ao desenvolvimento de um projeto de parceria industrial apoiado pela Eskom, no âmbito do qual a Howden está investigando o uso de máquinas de gelo para reduzir a demanda de eletricidade nos horários de pico, com testes em Mponeng e Moab Hotsong, as minas subterrâneas mais profundas do mundo.
“Congelamos a barragem à noite (após o expediente) e usamos a água e o 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 elétrica.”
Isso levou ao desenvolvimento de uma máquina de gelo completa 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 principal de Mponeng incluem gelo mole, água gelada na superfície, resfriadores de ar de superfície (BACs) e um sistema de resfriamento subterrâneo. A presença de elevadas concentrações de sais e cloretos dissolvidos nas águas da mina durante o trabalho.
A vasta experiência da África do Sul e seu foco em soluções, e não apenas em produtos, continuam a transformar os sistemas de refrigeração em todo o mundo, afirma ele.
Como Wasserman mencionou, à medida que mais e mais minas se aprofundam e o espaço dentro delas aumenta, é fácil imaginar soluções como essa sendo encontradas em outras partes do mundo.
Meinhardt afirmou: “A Howden exporta sua tecnologia de resfriamento de minas profundas 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 durante os horários de pico e usado também nos 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 migrar para tarifas mais baratas durante os períodos de menor movimento, essas soluções de fabricação de gelo podem ser uma opção muito vantajosa”, disse ele. “O investimento inicial na 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 BAC (Bio-Ar Condicionado), a última geração de BACs apresenta maior eficiência térmica do que seus antecessores, limites de temperatura do ar na mina mais baixos e uma área de ocupação menor. Além disso, integra um módulo de resfriamento sob demanda (CoD) à plataforma Howden Ventsim CONTROL, que ajusta automaticamente a temperatura do ar na entrada para atender às necessidades do subsolo.
Ao longo do último ano, a Howden entregou três BACs de nova geração a 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 "única" de resfriadores de amônia BAC para a OZ Minerals na mina Carrapateena, no sul da Austrália.
“Na Austrália, devido à ausência de água disponível, a Howden instalou condensadores a seco com compressores de amônia Howden e resfriadores de ar seco de circuito fechado”, disse Wasserman sobre a instalação. “Como se trata de uma instalação 'a seco' e não de resfriadores de pulverização abertos instalados em sistemas de água, esses resfriadores são projetados para máxima eficiência.”
Atualmente, a empresa está testando uma solução de monitoramento de disponibilidade para uma usina BAC onshore de 8 MW (ilustrada abaixo), projetada e construída na mina de prata Yaramoko Fortuna (antiga Roxgold) em Burkina Faso.
O sistema, controlado pela fábrica da Howden em Joanesburgo, permite que a empresa ofereça consultoria sobre possíveis melhorias de eficiência e manutenção para manter a planta operando em seu nível ideal. A unidade BAC no complexo de mineração Caraiba, em Ero Copper, Brasil, também foi projetada para utilizar esse recurso.
A plataforma Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) continua a construir relações 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 o uso de vídeo sob demanda em portas automáticas de minas subterrâneas, possibilitando que elas se abram em intervalos variáveis ​​e forneçam a quantidade exata de ar de refrigeração, dependendo das necessidades específicas do veículo.
Este desenvolvimento tecnológico, utilizando a infraestrutura de mineração já disponível e fontes de dados prontas para uso, será uma parte importante dos futuros produtos 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 energeticamente possível para evitar problemas na rede elétrica e como atender a alguns dos requisitos de qualidade do ar, temperatura e saúde ocupacional mais rigorosos em todo o mundo. A regulamentação continuará a trazer benefícios para minas em todo o mundo.
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