Desafíos comunes de enfriamiento en las operaciones mineras

POR QUÉ Para Espacios Reducidos y Mantenimiento en Campo Fallan bajo condiciones extremas subterráneas

Sobrecarga térmica debida al gradiente geotérmico y a la carga térmica de la maquinaria

Para Espacios Reducidos y Mantenimiento en Campo lidiar con el estrés térmico constante que proviene de dos problemas principales, que a menudo superan con creces lo que están diseñados para soportar. Hacia abajo, la propia tierra se calienta más a medida que cavamos más profundo. Por cada kilómetro bajo tierra, la temperatura aumenta aproximadamente 30 grados Celsius. Esto significa que en minas realmente profundas, las temperaturas ambientales pueden alcanzar más de 79 grados Celsius. Al mismo tiempo, todas esas grandes máquinas funcionando sin parar generan una gran cantidad de calor adicional. Las perforadoras, las cargadoras, todo equipo genera calor residual simplemente por operar continuamente. Cuando se combinan, estos factores elevan la temperatura del refrigerante por encima de niveles peligrosos. ¿Qué sucede después? Se produce ebullición, aparece el bloqueo por vapor y, finalmente, el radiador pierde su capacidad para transferir calor de forma eficaz. Si no hay suficiente potencia de enfriamiento disponible, los materiales comienzan a degradarse más rápido de lo normal y el rendimiento disminuye progresivamente. El resultado es una espiral descendente en la que el sobrecalentamiento hace que el equipo reduzca su velocidad, lo que empeora aún más el enfriamiento hasta que algo se rompe por completo y necesita ser reemplazado.

Esfuerzo Mecánico: Vibración, Ingreso de Polvo y Atmósferas Mineras Corrosivas

Los radiadores en entornos subterráneos enfrentan un desgaste severo debido a las condiciones de su entorno. Las constantes vibraciones provocadas por las operaciones de voladura y el movimiento de maquinaria pesada generan pequeñas fracturas en los materiales del núcleo y en los puntos de soldadura con el tiempo. Las partículas de polvo suspendidas en el aire suelen alcanzar niveles superiores a 1.200 partes por millón de SMT, asentándose sobre las aletas del radiador y reduciendo la eficiencia de transferencia de calor en aproximadamente un 40 por ciento. Mientras tanto, los minerales presentes en el agua refrigerante se acumulan formando depósitos de sarro que actúan como aislantes térmicos. Las zonas subterráneas suelen tener condiciones corrosivas con altas concentraciones de compuestos de azufre junto con aguas subterráneas ácidas, lo que hace que la corrosión ocurra unas cinco veces más rápido que en la superficie. Todos estos problemas interactúan negativamente entre sí: las pequeñas grietas causadas por las vibraciones permiten la entrada de partículas abrasivas de polvo, mientras que la corrosión debilita aún más el metal frente a daños adicionales por vibración. ¿Qué ocurre finalmente? Aparecen fugas prematuras, seguidas de fallas completas en los sistemas de enfriamiento. Esto no solo provoca averías en equipos costosos, sino que también pone en riesgo a los trabajadores durante las operaciones realizadas a gran profundidad.

Limitaciones Clave del Rendimiento de Radiadores Mineros en Sistemas Reales de Ventilación

Restricciones de Flujo de Aire: Pérdidas por Fricción, Fugas en Conductos y Brechas de Cumplimiento con ASHRAE

Los sistemas de ventilación subterráneos a menudo tienen dificultades para hacer circular suficiente aire hacia los radiadores debido a las pérdidas de presión acumuladas con el tiempo. La corrosión dentro de los conductos genera fricción que reduce el flujo de aire en un rango de entre 15 y hasta 30 por ciento. Y no olvide las fugas en las juntas de tuberías antiguas, lo cual empeora aún más la situación. Muchas minas no cumplen con las normas de confort ASHRAE del 2020, por lo que los trabajadores terminan enfrentando zonas calientes donde el aire entrante se vuelve mucho más cálido de lo previsto, a veces más de 8 grados Celsius por encima de lo planificado. Cuando esto ocurre, los radiadores deben trabajar más allá de su capacidad de diseño, operando alrededor del 120 al 135 por ciento, lo que acelera su desgaste. Si no se realiza un modelado computacional adecuado para verificar cómo fluye realmente el aire a través del sistema, en áreas saturadas de equipos, la capacidad de disipar calor cae por debajo del 60 por ciento de eficiencia.

Impacto en la Calidad del Agua: TDS > 1,200 ppm y Formación de Incrustaciones Minerales que Reducen la Eficiencia de Transferencia de Calor

El agua de las minas que contiene sólidos disueltos totales superiores a 1,200 ppm comienza a formar una capa aislante en los tubos del radiador tras solo aproximadamente 400 horas de funcionamiento. Según investigaciones publicadas en el ASME Journal of Heat Transfer en 2022, solo una capa de 1,5 mm de carbonato de calcio puede reducir la conductividad térmica en casi una cuarta parte. Esto provoca que las temperaturas centrales aumenten entre 30 y 40 grados Celsius por encima de lo considerado seguro. Al tratar con sistemas de circuito cerrado, los niveles de sílice que superan los 150 ppm generan depósitos muy duros y vítreos que se adhieren a las superficies como pegamento. Los equipos de mantenimiento no tienen más remedio que reducir las tasas de flujo del refrigerante en aproximadamente entre un 18 y un 22 por ciento para mantener presiones estables, lo que significa que ciertas partes del sistema ya no reciben suficiente refrigeración. La limpieza química sigue siendo absolutamente necesaria, a pesar de que cuesta alrededor del 10 % de los gastos anuales de mantenimiento y provoca interrupciones regulares en las operaciones en la planta.

Consecuencias operativas del bajo rendimiento del radiador en minería

Riesgos para la seguridad del trabajador: WBGT > 30°C, fatiga y tasas elevadas de errores humanos

Los radiadores que no funcionan adecuadamente pueden hacer que las temperaturas subterráneas superen ampliamente los 30 grados Celsius en la escala WBGT, lo que excede con creces lo que OSHA considera seguro para los trabajadores. Las personas expuestas a este tipo de calor durante largos períodos comienzan a tener dificultades con sus capacidades cognitivas y se cansan mucho más rápido. Los estudios muestran que los errores aumentan aproximadamente un 12 por ciento cuando las personas deben realizar tareas críticas en estas condiciones. El problema empeora aún más en espacios reducidos como túneles o sótanos, donde no hay un flujo de aire adecuado para enfriar el ambiente. Sin una ventilación adecuada que compense el fallo de los radiadores, los accidentes se vuelven mucho más probables, poniendo en riesgo todo el programa de seguridad en el lugar de trabajo.

Deterioro del equipo: limitación térmica en PLCs y hardware de control

Cuando el enfriamiento no es adecuado, afecta gravemente a los sistemas de control electrónico, forzando a los controladores lógicos programables (PLCs) y a su hardware auxiliar a entrar en modo de limitación térmica de protección. ¿El resultado? Las velocidades de procesamiento pueden reducirse entre un 35% y un 40%, mientras que los componentes comienzan a desgastarse más rápido de lo normal. Si estos sistemas funcionan consistentemente por encima del umbral crítico de 85 grados Celsius, su vida útil se acorta aproximadamente un 15%. Las operaciones mineras subterráneas enfrentan desafíos especiales en este aspecto, ya que un enfriamiento confiable es básicamente lo que mantiene la producción funcionando sin interrupciones. Cuando falla el enfriamiento en estos entornos, no solo se detiene una parte del proceso, sino que paraliza inesperadamente secciones enteras de las operaciones.

Estrategias Comprobadas de Mitigación para un Funcionamiento Confiable del Radiador en Minería

Para mantener un buen rendimiento de los radiadores en esos entornos subterráneos exigentes, realmente debemos anticiparnos y combinar diferentes soluciones. Realizar desincrustación ultrasónica cada tres meses ayuda a eliminar las acumulaciones minerales antes de que comiencen a interferir con la transferencia de calor en el sistema, lo cual se vuelve especialmente importante cuando los sólidos disueltos totales alcanzan aproximadamente 1.200 partes por millón. Junto con esta rutina de mantenimiento, resulta sensato instalar soportes que amortigüen las vibraciones y optar por materiales resistentes a la corrosión, como el acero inoxidable dúplex o los núcleos soldados aluminio-silicio, muy valorados por muchos ingenieros. En cuanto a la gestión térmica, nada supera la instalación de sensores inteligentes de temperatura conectados a internet. Estos pequeños dispositivos pueden ajustar automáticamente la velocidad de los ventiladores cada vez que la temperatura exterior supere los 40 grados Celsius. Al integrar todos estos enfoques, se evita que los sistemas de control reduzcan su rendimiento por problemas térmicos y se mantiene la temperatura húmeda del globo por debajo del límite de seguridad de 30 grados, lo que significa una mayor vida útil del equipo y condiciones de trabajo más seguras en general.

Preguntas frecuentes

¿Por qué fallan los radiadores mineros en condiciones extremas?

Los radiadores mineros fallan en condiciones extremas debido a la sobrecarga térmica provocada por gradientes geotérmicos y cargas de calor de maquinaria, así como al estrés mecánico causado por vibraciones, entrada de polvo y atmósferas mineras corrosivas.

¿Cuáles son los signos comunes de bajo rendimiento del radiador en operaciones mineras?

Los signos comunes incluyen equipos sobrecalentados, aumento de las temperaturas del refrigerante, reducción de la eficiencia del sistema y posibles fugas o fallas completas de los sistemas de enfriamiento.

¿Cómo afecta la mala calidad del agua a los radiadores mineros?

El agua con altos Sólidos Disueltos Totales (TDS) y acumulación de minerales reduce la eficiencia de transferencia de calor, lo que provoca un aumento de las temperaturas del núcleo y posibles fallos del sistema.

¿Qué estrategias de mitigación pueden utilizarse para garantizar un funcionamiento confiable del radiador en minas?

Las estrategias incluyen la descalcificación ultrasónica, el uso de materiales resistentes a la corrosión, la instalación de soportes antivibración y la implementación de sensores inteligentes de temperatura para gestionar el enfriamiento de manera más eficaz.