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escubra cómo el enfriamiento con hielo en este tipo de espacios permite lograr una productividad más sostenible y consolidar las ganancias.
por Pierre Brisset*
Las minas más profundas del mundo se encuentran en Sudáfrica. Ante el desafío de responder a la demanda de minerales a un costo más bajo, varias minas recurrieron a las tecnologías con hielo para controlar el calor en los niveles de extracción bajos. Los sistemas modernos de enfriamiento con hielo permiten conseguir unas condiciones de trabajo aceptables bajo tierra, reforzar la seguridad y obtener aumentos en la productividad y espectaculares ahorros de energía.
Este artículo describe las más recientes instalaciones de hielo en minas y los resultados positivos obtenidos.
Problemas de calor en instalaciones subterráneas y enfriamiento de minas: El calor y la humedad son problemas constantes y factores limitantes en las minas subterráneas. A una gran profundidad, la temperatura de la roca virgen puede superar los 60 °C. Si a ello se suma el calor producido por la excavación, las condiciones de trabajo se vuelven muy críticas para los mineros, con efectos perjudiciales para su salud, seguridad y rendimiento.
El límite térmico para obtener un rendimiento cognitivo normal en entornos subterráneos se encuentra por debajo de 28°C de bulbo húmedo. Más allá de este umbral, la productividad decae, y al mismo tiempo aumenta rápidamente el riesgo de lesiones y golpes de calor. Por lo tanto, el enfriamiento desempeña un papel muy importante en el manejo de las minas subterráneas profundas.
Incluir el hielo en la estrategia global de enfriamiento de las minas: Existen diferencias significativas entre las distintas minas y, por lo tanto, no hay una solución óptima que se aplique a todas las minas subterráneas con elevadas temperaturas. La mejor estrategia por lo general resulta de combinar varios métodos de enfriamiento con aire y agua, a veces tanto en la superficie como bajo tierra.
Sin embargo, por debajo de los 1.000 metros de profundidad los métodos de enfriamiento con agua y aire llegan rápidamente a su límite. Aquí es donde la tecnología con hielo se convierte en una alternativa o complemento válido.
A medida que aumentan las cargas de calor con la profundidad, la capacidad de eliminación de calor bajo tierra se hace más limitada. El flujo de masa de agua que se debe introducir desde la superficie para enfriar las minas profundas y los costos de electricidad asociados para volver a bombearla a la superficie son enormes. Del mismo modo, la circulación de aire frío supone la construcción de costosas vías de aire. Adicionalmente, la eficacia de los enfriadores de superficie se ve afectada por la transferencia térmica entre el entorno circundante caliente hacia los niveles inferiores (agua refrigerada) y/o por el aumento de la temperatura de autocompresión (ganancias de calor relacionadas con aumento de la presión a medida que el aire baja, en función del efecto Joule-Thomson).
El hielo es más frío que el agua o el aire acondicionado y tiene un potencial mucho mayor de enfriamiento de masas (calor latente de fusión de 333 kJ / kg). Desciende por el tubo de PVC a mayor velocidad (2 km en 90 segundos) y aun así llega a los diferentes niveles de la mina a 0°C, con una pérdida de calor mínima. Estas propiedades únicas hacen que el hielo sea un medio de enfriamiento atractivo y energéticamente eficiente para la estrategia global de enfriamiento de las minas subterráneas de gran profundidad, especialmente cuando se contemplan desde el principio.
De hecho, una vez que una mina alcanza los 1.000 metros, el cambio de una estrategia a otra no siempre es posible. Las elecciones iniciales pueden volver improcedente la implementación de otras soluciones en una etapa posterior si no se contemplaron sistemas con hielo en la estrategia general desde el principio, según la expectativa de vida de la mina.
Sistemas de enfriamiento con hielo
El hielo fue uno de los primeros métodos de control de la temperatura en las minas subterráneas.
A finales del siglo XIX, los bloques de hielo producidos de forma natural ya eran transportados en vehículos de extracción para enfriar minas en América del Norte. El método, algo primitivo, pronto fue reemplazado por sistemas de enfriamiento con agua en superficie, bombeando agua a la mina. Sin embargo, el flujo de masa de agua introducido a las minas subterráneas es enorme y los costos de electricidad que implica el bombeo diario de mil toneladas de agua a través de varios kilómetros es una gran desventaja.
Gracias a la llegada de una nueva generación de modernos sistemas de enfriamiento con plantas de hielo, el sistema de enfriamiento con hielo fue tenido en cuenta nuevamente por varias minas africanas. Después de obtener resultados desiguales con el hielo líquido, se obtuvieron resultados muy alentadores con el hielo sólido (98% fracción de masa congelada).
En pocas palabras, los sistemas con hielo:
- Disminuyeron de forma significativa las temperaturas en el corazón de la mina,
- Redujeron de forma radical el flujo de masa de agua que se bombea hacia la superficie,
- Superaron las limitaciones de eliminación de calor bajo tierra,
- Proporcionaron megavatios de refrigeración,
- Ahorraron energía de bombeo,
- Permitieron el almacenamiento térmico.
Estos beneficios se derivan de la propiedad física única del hielo. Por otra parte, la implementación exitosa en el terreno se vio facilitada por la capacidad de la industria de la refrigeración para diseñar plantas prefabricadas a bajo costo que son más modernas y energéticamente eficientes y confiables.
Nota: En la siguiente edición compartiremos la segunda parte de este interesante artículo.
* Pierre Brisset es representante de la empresa KTI Ice Applications, puede ser contactado al correo electrónico: [email protected]
