Uso de aire comprimido en la industria minera
Trabajando en las profundidades subterráneas, extraer los valiosos recursos naturales de la Tierra puede suponer un desafío feroz para los trabajadores, incluso con los avances de la tecnología moderna. Con el inicio de los primeros compresores motorizados de aire a principios del siglo XIX, la industria minera se ha beneficiado enormemente de la mejora de los sistemas de aire comprimido, que han aportado valor a los trabajadores, y del desarrollo de métodos más eficientes para la extracción de recursos. Debido a las exigencias y peligros de trabajar bajo tierra, o en zonas donde el agua puede suponer una amenaza, el aire comprimido ha sido una fuente invaluable tanto de energía como de equipos de seguridad para los lugares de difícil acceso donde residen minerales y combustibles fósiles.
El inventor inglés George Medhurst creó en 1799 el primer sistema motorizado de compresores de aire útil para la industria minera. Para 1852, Isambard K. Brunel amplió este uso de aire comprimido con un cajón presurizado, o cámara estanca utilizada en la construcción submarina. Esto ayudó a evitar que el agua y el barro entraran en los espacios de trabajo al trabajar en sitios inundados para la construcción de puentes. Tras estos primeros avances, Thomas Cochrane, otro ingeniero inglés, inventó en 1857 una perforadora de roca de aire comprimido mejor, que permitía a los trabajadores hacer túneles.
Aunque la invención de Cochrane tuvo éxito, este tipo de proceso de perforación se sugirió por primera vez en 1844, y otro ingeniero inglés lo apodó el “martillo de viento” que vio que los taladros tradicionales accionados por vapor no eran muy fiables. Estos éxitos en maquinaria accionada por aire comprimido impulsaron años de investigación y desarrollo para mejorar la tecnología minera. El aire comprimido también ayudó a la ventilación de las minas al principio porque proporcionaba un aire respirable que se liberaba por los gases de escape de las perforadoras de aire comprimido, lo que también ayudaba a enfriar la atmósfera.
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El crecimiento continuo del aire comprimido en la industria minera
A medida que la minería creció y continuó la demanda de más recursos naturales consumibles, la mejora de la ventilación hacia los túneles mineros que se expandían más profundamente en la tierra se volvió cada vez más común. Grandes volúmenes de aire se volvieron esenciales para trabajar en espacios que se extendían a kilómetros bajo la superficie. Además, los compresores de aire también se convirtieron en una excelente forma de transmitir energía bajo tierra.
Uno de los usos más famosos del aire comprimido en la minería proviene de la creación del túnel del Monte Cenis, que generó publicidad en periódicos y revistas científicas a finales del siglo XIX. Con un enfoque creciente en cómo podría utilizarse mejor, el ingeniero austriaco Viktor Popp ayudó a desarrollar una red de aire comprimido que pudiera suministrar energía a una variedad de industrias. Su planta compresora de 1.500 kilovatios pronto se amplió a más de 18.000 kilovatios en 1891.
La popularidad de los sistemas de aire comprimido creció exponencialmente a partir de ahí, y muchos ingenieros se apresuraron a realizar mejoras y a registrar patentes para nuevas máquinas y herramientas. El desarrollo de fuentes de energía eléctrica y neumática a partir de sistemas de aire comprimido continuó prosperando durante el resto del siglo XX, consolidándose como el recurso industrial valioso que vemos hoy.
En la era moderna, existen ahora una variedad de sistemas de compresores diferentes y complejos, diseñados específicamente para tareas tanto grandes como pequeñas. Los diseños también varían, incluyendo compresores portátiles, montados en vehículos y industriales de mayor tamaño. Los compresores de aire utilizados en la industria minera varían según su propósito y los requisitos de demanda necesarios para la tarea.
En esta breve guía, analizaremos algunos de los usos y consideraciones comunes para seleccionar el sistema de compresores que más beneficiará a tu operación minera. Seleccionar el compresor adecuado para tus necesidades puede ayudar a aumentar la productividad y contribuir a reducir los costes energéticos.
Uso del aire comprimido en la minería — Lo básico
La minería es una industria expansiva que se extiende por todo el mundo, con un enfoque en una gran variedad de recursos naturales. Desde las operaciones mineras de carbón de los Apalaches americanos hasta las minas ricas en diamantes de Sudáfrica, extraer los recursos naturales más valiosos, útiles y bellos del planeta conlleva un nivel de riesgo inherente, tanto financiero como en la seguridad laboral.
Las minas subterráneas pueden extenderse por millas bajo la superficie terrestre, lo que plantea desafíos únicos a la hora de lograr una extracción eficiente de recursos y la seguridad para tu equipo de trabajo. Los procesos mineros modernos dependen de mejoras en los equipos de seguridad, así como de la atención para reducir los impactos negativos en el medio ambiente.
Las empresas mineras dependen de equipos de alta calidad para proporcionar longevidad en rendimiento y fiabilidad. Mediante el uso de sistemas industriales de compresores de aire, se emplean herramientas eléctricas y neumáticas en la perforación, manipulación de materiales, transporte, extracción de minerales y sistemas complejos de ventilación. Elegir un compresor diseñado para soportar el desgaste de la minería, así como para las exigencias de un uso continuado a largo plazo, es importante para tus resultados. Dependiendo de los recursos deseados, las necesidades de aire comprimido pueden variar en las operaciones mineras.
Aunque pueden ser necesarios compresores subterráneos para algunos procesos mineros, lo que puede reducir la necesidad de sistemas de tuberías complejos y disminuir la cantidad de fugas, es más común encontrar compresores en la superficie, que reticulan el aire comprimido mediante el uso de tuberías de acero.
El aire comprimido se utiliza frecuentemente como fuente de energía en la minería debido a su flexibilidad frente al uso de diésel y energía eléctrica en lugares subterráneos. Sin embargo, aplicaciones de baja capacidad, como perforar agujeros cortos, bombeo y herramientas neumáticas como llaves y sierras, son más habituales con sistemas de aire comprimido en los yacimientos. En algunos casos, el aire comprimido puede emplearse en los sistemas de ventilación. La ventilación es importante en todas las situaciones, especialmente en aquellas donde el metano puede acumularse, ya que puede encenderse fácilmente con una chispa de electricidad estática.
Es imprescindible que todos los sistemas o equipos de aire comprimido utilizados en estas situaciones estén diseñados específicamente para evitar la acumulación de electricidad estática y estén correctamente conectados a tierra. Esto incluye mangueras, que pueden estar hechas de materiales ignífugos y antiestáticos. Además de ser más restrictivos en cuanto a disponibilidad, los compresores subterráneos también pueden convertirse en riesgos de incendio, por lo que se utilizan con más frecuencia los compresores de superficie.
Aplicaciones comunes en la minería para aire comprimido
Las aplicaciones mineras donde el aire comprimido es especialmente útil incluyen:
- Herramientas neumáticas – El aire comprimido es una excelente fuente de energía para herramientas eléctricas como taladros, llaves inglesas, sierras y otros equipos mineros vitales que deben utilizarse en los tramos subterráneos profundos de las minas.
- Explosión – Los sistemas de aire comprimido ofrecen medios más seguros para su uso en operaciones de voladura. Las corrientes de aire comprimido a alta velocidad pueden ser vitales en algunas situaciones mineras.
- Manipulación de materiales – Materiales como el polvo de carbón pueden manejarse mejor cuando se mezcla aire comprimido, lo que permite la fluidización. Además, el aire comprimido también puede utilizarse para transportar materiales en la minería.
- Limpieza – El aire comprimido también puede utilizarse para purgar partículas no deseadas de filtros y otros espacios entre la suciedad y el polvo de la explotación minera. Es una fuente de aire limpia y puede utilizarse eficazmente sin necesidad de materiales de limpieza adicionales. Esto puede ayudar a prolongar la longevidad de los equipos mineros críticos y reducir cualquier tiempo de inactividad necesario para el mantenimiento.
- Sistemas de ventilación – Como se mencionó antes, el aire comprimido tiene una larga trayectoria proporcionando ventilación a túneles mineros cada vez más profundos. Es una fuente de aire segura y respirable que puede utilizarse en entornos mineros peligrosos. Además, los sopladores de desplazamiento también pueden utilizar sistemas de aire comprimido para la ventilación. En la minería del carbón, por ejemplo, se utilizan sopladores de desplazamiento para proporcionar la ventilación de aire necesaria a los sitios mineros.
- Extracción de gas metano – La acumulación de metano en una mina puede ser letal. El riesgo de que una chispa eléctrica estática encienda el metano así como de que el gas respire el gas son ambos peligros para los mineros. Los sistemas de aire comprimido correctamente instalados y diseñados para su uso en entornos peligrosos pueden ayudar a extraer el gas mediante sopladores y bombas de vacío para operaciones mineras de carbón.
Eficiencia energética en sistemas de aire comprimido utilizados en la minería
Aunque el aire comprimido es un recurso valioso en la minería, también puede resultar costoso, especialmente si no se abordan las fugas y no se realiza un mantenimiento adecuado en el sistema. Hasta el 20 por ciento del coste total de la minería subterránea puede provenir directamente del aire comprimido. Además, casi el 20 al 40 por ciento de todos los costes energéticos de la minería comprimida pueden proceder del uso de aire comprimido.
Los costes del aire comprimido pueden ser altos si el sistema no funciona de forma eficiente debido a la cantidad de caballos de potencia eléctrica necesaria solo para generar un CV de aire comprimido. De media, entre siete y ocho CV de potencia eléctrica para producir solo una CV de aire comprimido. Además, solo alrededor del 19 por ciento de la potencia total utilizada en un sistema de aire comprimido se convierte en flujo de aire comprimido. El otro 81 por ciento se pierde en forma de calor.
Si combinas eso con cualquier fuga en tu operación minera, los costes podrían aumentar considerablemente, por eso la eficiencia del sistema es tan importante para reducir tus gastos totales. Los investigadores descubrieron que hasta el 70 por ciento del uso de aire comprimido se desperdicia en fugas en ciertas operaciones mineras subterráneas. En algunos casos, una sola fuga de media pulgada de diámetro podría contribuir a una pérdida anual de más de 12.800 dólares por una operación de turno. Además, las cifras podrían rondar los 48.000 dólares para una operación de tres turnos. Incluso una sola y pequeña fuga en todo un sistema que mide 1/16 de pulgada podría suponer una pérdida anual de 750 dólares.
El mantenimiento rutinario y las inspecciones adecuadas de tu sistema de aire comprimido pueden ayudar a minimizar estas fugas. En la mayoría de las operaciones típicas estudiadas, los costes energéticos desperdiciados que se acercan a los 100.000 dólares anuales se han atribuido a la ineficiencia en los sistemas de aire comprimido. Al crear un programa de mantenimiento y gestión de fugas para tu operación minera, puedes contar con profesionales cualificados que inspeccionen y realicen las reparaciones necesarias para ayudar a mitigar este tipo de gastos a largo plazo.
Además, un sistema más eficiente beneficia la longevidad de un compresor de aire al reducir las demandas de presión, ya que ejerce menos tensión sobre las piezas de la máquina. Mantener la presión de funcionamiento correcta también reducirá los costes de servicio, ya que probablemente requerirá menos mantenimiento.
Áreas problemáticas para la eficiencia del aire comprimido
Desafortunadamente, las fugas pueden desarrollarse en cualquier momento de un sistema de compresores, pero existen factores particulares que podrían causarlas en las operaciones mineras. Las tuberías de aire expuestas que sufren vibraciones o impactos frecuentes tienen más probabilidades de desarrollar fugas.
Las tuberías unidas mediante ranuras mecánicas también pueden desarrollar fugas si no se montan correctamente. Otro factor puede ser la composición geográfica del yacimiento minero. Es importante que las tuberías sean adaptables a las diferentes variaciones de la mina. Si los conjuntos de accesorios no se instalan correctamente, las juntas pueden convertirse en fuentes de fugas de aire. Los acoplamientos de tubería son una de las fuentes más comunes de fugas de aire y pueden contribuir a una pérdida significativa de aire con el tiempo. Por suerte, resolver este problema es bastante fácil y rentable. El reemplazo rutinario de conexiones y acoplamientos puede ayudar a minimizar los tiempos de inactividad y disminuir las pérdidas de energía. Las juntas lubricantes también pueden evitar pellizcos y facilitar una instalación adecuada.
Otro problema relacionado con las juntas proviene de su deterioro con el tiempo. En algunos casos, el material utilizado en la junta no está hecho para las exigencias de la explotación minera. Investigar la mejor calidad para su uso puede ayudar a reducir la degradación de las juntas vitales y prevenir pérdidas a largo plazo derivadas de un sistema de tuberías con fugas.
Aunque tener en cuenta estas áreas problemáticas puede resolver algunos problemas más sencillos, no garantiza todos los retos de gestionar un sistema de aire comprimido utilizado en la minería. Las fugas pueden ocurrir en cualquier parte del sistema, por lo que es imprescindible que todos los puntos se inspeccionen correctamente mediante una gestión rutinaria de prevención de fugas.
Además de comprobar si hay fugas, los pasos sencillos también pueden ayudar a ahorrar dinero cada año. Apagar los compresores cuando el sistema no está en uso es un paso sencillo, pero eficaz, para reducir el gasto energético. Al implementar un programa de mantenimiento integral y utilizar el aire comprimido correctamente, puedes ver un ahorro inmediato en tu inversión.
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