Desafios Comuns de Resfriamento em Operações de Mineração

POR QUE Para Mineração Falham em Condições Extremas Subterrâneas

Sobrecarga Térmica Causada pelo Gradiente Geotérmico e Carga Térmica das Máquinas

Para Mineração lidar com estresse térmico constante proveniente de dois problemas principais que frequentemente vão muito além do que foram projetados. Abaixo, a própria Terra fica mais quente à medida que cavamos mais fundo. A cada quilômetro abaixo da superfície, as temperaturas aumentam cerca de 30 graus Celsius. Isso significa que em minas muito profundas, as temperaturas ambiente podem atingir mais de 79 graus Celsius. Ao mesmo tempo, todas essas grandes máquinas funcionando sem parar criam toneladas de calor adicional. Perfuratrizes, carregadeiras, tudo gera calor residual apenas pelo funcionamento contínuo. Quando combinados, esses fatores empurram as temperaturas do líquido de arrefecimento para níveis perigosos. O que acontece em seguida? Ocorre fervilhamento, o travamento por vapor se instala e, eventualmente, o radiador perde sua capacidade de transferir calor de forma eficaz. Se não houver potência de resfriamento suficiente disponível, os materiais começam a se degradar mais rapidamente que o normal e o desempenho cai gradualmente. O resultado é uma spirala descendente em que o superaquecimento faz com que os equipamentos desacelerem, o que piora ainda mais o resfriamento até que algo quebre completamente e precise ser substituído.

Tensão Mecânica: Vibração, Ingresso de Poeira e Atmosferas Corrosivas de Minas

Radiadores em ambientes subterrâneos enfrentam desgaste severo devido ao seu ambiente. As constantes vibrações causadas por operações de explosão e movimentação de maquinário pesado criam microfissuras nos materiais do núcleo e nos pontos de solda ao longo do tempo. Partículas de poeira suspensas no ar frequentemente atingem níveis acima de 1.200 partes por milhão de SPT, o que se deposita sobre as aletas dos radiadores e reduz a eficiência de transferência de calor em cerca de 40 por cento. Enquanto isso, os minerais presentes na água de arrefecimento acumulam-se como depósitos incrustantes que funcionam como isolamento térmico. Áreas subterrâneas tendem a apresentar condições corrosivas, com grande quantidade de compostos de enxofre e águas subterrâneas ácidas, fazendo com que a corrosão ocorra cerca de cinco vezes mais rápido do que ao nível do solo. Todos esses problemas atuam em conjunto de forma negativa: as pequenas fissuras provocadas pelas vibrações permitem a entrada de partículas abrasivas de poeira, enquanto a corrosão enfraquece ainda mais o metal contra danos adicionais causados por vibração. Qual é o resultado final? Surgem vazamentos precoces, seguidos de falhas completas nos sistemas de refrigeração. Isso não apenas provoca a quebra de equipamentos caros, mas também coloca os trabalhadores em risco durante operações realizadas em grandes profundidades.

Limitações de Desempenho Chave dos Radiadores de Mineração em Sistemas Reais de Ventilação

Restrições de Fluxo de Ar: Perdas por Fricção, Vazamentos em Dutos e Lacunas de Conformidade com a ASHRAE

Os sistemas de ventilação subterrâneos frequentemente enfrentam dificuldades para obter fluxo de ar suficiente para os radiadores devido ao acúmulo de perdas de pressão ao longo do tempo. A corrosão no interior dos dutos cria atrito que reduz o fluxo de ar em cerca de 15 a talvez até 30 por cento. E não se esqueça dos vazamentos em antigas juntas de tubulação, que apenas pioram a situação. Muitas minas simplesmente não atendem às normas de conforto da ASHRAE de 2020, fazendo com que os trabalhadores enfrentem pontos quentes onde o ar de entrada fica significativamente mais quente do que deveria, às vezes mais de 8 graus Celsius acima do planejado. Quando isso ocorre, os radiadores precisam trabalhar mais do que foram projetados, operando com capacidade de cerca de 120 a 135 por cento, o que os desgasta mais rapidamente. Se não for feita uma modelagem computacional adequada para verificar como o ar realmente flui pelo sistema, então em áreas densamente equipadas, a capacidade de rejeição de calor cai abaixo de 60 por cento de eficiência.

Impacto na Qualidade da Água: TDS > 1.200 ppm e Incrustação Mineral Reduzindo a Eficiência de Transferência de Calor

Água de minas com sólidos dissolvidos totais acima de 1.200 ppm começa a formar incrustações isolantes nos tubos do radiador após apenas cerca de 400 horas de operação. Apenas uma camada de 1,5 mm de carbonato de cálcio pode reduzir a condutividade térmica em quase um quarto, segundo pesquisa publicada no ASME Journal of Heat Transfer em 2022. Isso faz com que as temperaturas internas aumentem entre 30 e 40 graus Celsius além do considerado seguro. Ao lidar com sistemas de circuito fechado, níveis de sílica que ultrapassam 150 ppm criam depósitos muito resistentes, com aspecto vítreo, que aderem às superfícies como cola. As equipes de manutenção não têm outra escolha senão reduzir as taxas de fluxo do líquido refrigerante em aproximadamente 18 a 22 por cento para manter as pressões estáveis, o que significa que certas partes do sistema deixam de receber refrigeração adequada. A limpeza química continua sendo absolutamente necessária, apesar de custar cerca de 10% dos gastos anuais com manutenção e causar interrupções regulares nas operações no chão de fábrica.

Consequências Operacionais da Subperformance do Radiador em Mineração

Riscos à Segurança dos Trabalhadores: WBGT > 30°C, Fadiga e Taxas Elevadas de Erros Humanos

Radiadores que não estão funcionando corretamente podem elevar as temperaturas subterrâneas muito acima de 30 graus Celsius na escala WBGT, o que ultrapassa amplamente o considerado seguro pela OSHA para os trabalhadores. Pessoas expostas a esse tipo de calor por longos períodos começam a ter dificuldades nas suas capacidades cognitivas e se cansam muito mais rapidamente. Estudos mostram que os erros aumentam cerca de 12 por cento quando as pessoas precisam executar tarefas críticas nessas condições. O problema agrava-se ainda mais em áreas confinadas, como túneis ou subsolos, onde não há boa circulação de ar para resfriar o ambiente. Sem ventilação adequada para compensar os radiadores com falha, acidentes tornam-se muito mais prováveis, colocando em risco todo o programa de segurança no local de trabalho.

Degradação de Equipamentos: Redução de Desempenho Térmico em CLPs e Hardware de Controle

Quando o resfriamento não é adequado, isso afeta significativamente os sistemas de controle eletrônico, forçando os controladores lógicos programáveis (CLPs) e seus equipamentos auxiliares a entrarem em modo de limitação térmica de proteção. O resultado? As velocidades de processamento podem cair cerca de 35-40%, enquanto os componentes começam a desgastar-se mais rapidamente que o normal. Se esses sistemas operarem consistentemente acima da marca crítica de 85 graus Celsius, sua vida útil é reduzida em aproximadamente 15%. Operações de mineração subterrânea enfrentam desafios especiais aqui, já que um resfriamento confiável é basicamente o que mantém a produção funcionando sem interrupções. Quando o resfriamento falha nesses ambientes, não apenas interrompe uma parte do processo, mas faz com que grandes seções das operações parem abruptamente e inesperadamente.

Estratégias Comprovadas de Mitigação para Operação Confiável de Radiadores em Mineração

Para manter os radiadores funcionando bem nesses ambientes subterrâneos desafiadores, é essencial pensar com antecedência e integrar diferentes soluções. Realizar a desscalcificação por ultrassom a cada três meses ajuda a remover os acúmulos minerais antes que comecem a interferir na troca de calor no sistema, o que se torna especialmente importante quando os sólidos totais dissolvidos atingem cerca de 1.200 partes por milhão. Além dessa rotina de manutenção, faz sentido instalar suportes que amortecedem vibrações e adotar materiais resistentes à corrosão, como o aço inoxidável dúplex ou os núcleos brasados de alumínio-silício, muito recomendados por engenheiros. Quanto ao controle de temperatura, nada supera a instalação de sensores inteligentes de temperatura conectados à internet. Esses pequenos dispositivos ajustam automaticamente a velocidade dos ventiladores sempre que a temperatura externa ultrapassar 40 graus Celsius. A combinação dessas abordagens evita que os sistemas de controle desacelerem por problemas térmicos e mantém a temperatura do bulbo úmido globe abaixo do limite de segurança de 30 graus, o que resulta em maior vida útil dos equipamentos e condições de trabalho mais seguras no geral.

Perguntas Frequentes

Por que os radiadores de mineração falham em condições extremas?

Os radiadores de mineração falham em condições extremas devido à sobrecarga térmica causada pelos gradientes geotérmicos e pelo calor das máquinas, bem como ao esforço mecânico provocado por vibrações, entrada de poeira e atmosferas corrosivas nas minas.

Quais são os sinais comuns de baixo desempenho do radiador nas operações de mineração?

Os sinais comuns incluem superaquecimento dos equipamentos, aumento das temperaturas do líquido de arrefecimento, redução da eficiência do sistema e possíveis vazamentos ou avarias completas dos sistemas de refrigeração.

Como a má qualidade da água afeta os radiadores de mineração?

Água com alto teor de Sólidos Dissolvidos Totais (TDS) e incrustações minerais reduz a eficiência da transferência de calor, levando ao aumento das temperaturas internas e a possíveis falhas do sistema.

Quais estratégias de mitigação podem ser usadas para garantir o funcionamento confiável dos radiadores em minas?

As estratégias incluem desincrustação por ultrassom, uso de materiais resistentes à corrosão, instalação de suportes atenuadores de vibração e implementação de sensores inteligentes de temperatura para gerenciar o resfriamento de forma mais eficaz.