Desde el momento en que la humanidad empezó a explotar la tierra en busca de materias primas valiosas, ha habido una constante que no ha cambiado. La necesidad de un suministro de aire seguro, fiable y eficaz a las personas que se encuentran bajo tierra. Esto puede lograrse mediante una ventilación subterránea adecuada & soluciones aéreas.

Desde los albores de la civilización, el hombre se ha afanado en extraer piedra, cerámica y, más tarde, minerales preciosos para subsistir, mejorar su modo de vida y, con el tiempo, prosperar. Tras el inicio de la era industrial, esta actividad se ha extendido a gran escala y ha aumentado la necesidad de suministrar aire de forma sostenible y en volumen a las operaciones subterráneas.

Hoy en día, sin embargo, aunque el ritmo al que se lleva a cabo la minería en todo el mundo ha aumentado, los imperativos están cambiando. Si bien la responsabilidad principal de los mineros de todo el mundo es ofrecer operaciones sostenibles, la necesidad de adaptarse constantemente y generar nuevas eficiencias está siempre presente. Además de la necesidad de un suministro de aire de calidad, la narrativa industrial se está ampliando y los mineros tienen ahora el mandato de aumentar la seguridad, la rentabilidad y los resultados medioambientales.

A medida que el ritmo y la escala de la minería continúan en el futuro, hay tres factores clave que están guiando esta nueva era de la minería y la ventilación subterránea;

1. Flexibilidad
2. Tecnología
3. Agilidad

1. Flexibilidad de ventilación

La capacidad de adaptarse a los cambios es vital en cualquier industria y es fundamental poder adaptar los procesos a las condiciones de explotación. En la minería subterránea, la capacidad de adaptar el suministro de aire a las necesidades de producción es uno de los principales retos a los que se enfrentan los operadores. Para hacer frente a este reto, en los últimos años se ha impuesto el concepto de ventilación subterránea a demanda (VOD), con sistemas diseñados para suministrar caudal de aire a las labores en función de la programación y los movimientos de las personas.

Sin embargo, el enfoque contemporáneo para suministrar aire a demanda en los últimos tiempos ha consistido en regular el caudal de aire mediante una infraestructura compleja y costosa. La solución ha sido la aplicación de variadores de velocidad (VSD), variadores de frecuencia (VFD) o variadores de frecuencia de tensión variable (VVCFD), que controlan la potencia del sistema de ventilación subterráneo y permiten aumentar o reducir el caudal de aire en función de la demanda.

Es un hecho que las altas velocidades de aire requieren gradientes de alta presión y mantener esta presión en una red minera tiene un coste elevado. En la era posterior a la crisis financiera mundial (CFG) de 2007 y la posterior recesión minera de 2013, el uso de VSD se consideró la forma lógica de adaptar el suministro de flujo de aire en función de la demanda, con la ventaja principal de reducir los costes de consumo de energía. Para una mina subterránea, se ha estimado que los sistemas de ventilación pueden contribuir hasta 50% de las necesidades de consumo de energía. Aunque se ha prestado una mayor atención a la reducción de los costes para que las operaciones sean económicamente sostenibles, los VSD siguen presentando un cierto enigma.

Por naturaleza, los VSD son una solución costosa en sí misma, con una infraestructura y un software de control de apoyo que oscilan entre decenas y cientos de miles de dólares. Tan caros como son, son igualmente frágiles, ya que requieren salas específicas con aire acondicionado y cableado personalizado para su funcionamiento. Aunque las ventajas de la ventilación a demanda mediante VSD parecen evidentes, su uso parece ilógico en los entornos subterráneos más hostiles.

Si hubiera otra manera...

La empresa australiana Minetek presenta un nuevo método de optimización del flujo de aire subterráneo denominado Rendimiento Bajo Demanda (POD). Minetek ha desarrollado un método innovador para optimizar los circuitos de aire que permite prescindir de los costosos VSD. Se trata sin duda de un momento decisivo en la ventilación subterránea. La solución de accionamiento mecánico, que puede controlarse de forma manual o autónoma, ofrece a los operarios la flexibilidad necesaria mediante el ajuste de la dinámica del flujo de aire en los innovadores impulsores del sistema.

Al controlar mecánicamente el flujo de aire sobre los impulsores -y no el suministro de energía al ventilador-, el consumo de energía se optimiza y puede mantenerse a un nivel significativamente inferior. Minetek ha conseguido una reducción de hasta 50% en los costes de consumo de energía, al tiempo que permite a los operadores mantener la flexibilidad en línea con los requisitos de producción y programación. Desde una perspectiva más amplia, POD tiene en cuenta los nuevos imperativos a los que se enfrentan los mineros, reduciendo realmente los costes operativos y consiguiendo a su vez mejoras en los resultados medioambientales.

Este nuevo enfoque de la ventilación subterránea ofrece una verdadera flexibilidad al tiempo que mejora la rentabilidad y la viabilidad a largo plazo de las operaciones subterráneas.

2. Tecnología de ventilación subterránea

Dicen que la necesidad es la madre de todos los inventos y la minería subterránea tiene una rica historia que refleja esta expresión. Impulsado por la necesidad, el sector minero no ha dejado de innovar para ofrecer operaciones subterráneas seguras, fiables y eficientes.

La tecnología minera ha evolucionado con la humanidad. Desde el antiguo uso de herramientas para extraer metales preciosos hasta el empleo de explosivos de pólvora negra para romper grandes rocas a finales de la Edad Media, la minería ha sido un campo de pruebas para las nuevas tecnologías durante milenios.

Dada la severidad de las condiciones subterráneas, el apetito por el desarrollo de tecnología de capacitación ha mantenido el ritmo, si no superado, de la vida en la superficie. Impulsada por la necesidad de garantizar la seguridad, mejorar la eficiencia operativa y reducir el impacto ambiental, la minería ha adoptado las nuevas tecnologías con avidez, aunque con cautela.

En las dos últimas décadas, en particular, la forma de la tecnología en la minería se ha desplazado hacia nuevos temas de ventilación subterránea. La automatización, la optimización, la digitalización e incluso la electrificación son el nuevo centro de atención de los mineros subterráneos, ya que las organizaciones exploran formas nuevas e integradas de cumplir sus objetivos de seguridad, rentabilidad y medio ambiente.

La ventilación subterránea es una palanca formidable para avanzar hacia los tres objetivos y la aplicación de nuevas tecnologías puede tener un impacto significativo. En la actualidad, los principales motores de la ventilación subterránea son la interoperabilidad de sistemas dispares dentro de la capa operativa y la automatización de procesos para maximizar el rendimiento.

Durante años, el requisito fundamental de la ventilación ha sido cumplir un requisito mínimo de volumen y presión; sin embargo, la mina evolucionada reconoce ahora la necesidad de optimizar los activos y procesos -como cualquier otro aspecto de la producción- para extraer la máxima eficiencia, reducir los costes de explotación y aumentar la rentabilidad.

MINETEK se centra en la innovación y disfruta de la oportunidad de desafiar el statu quo en el diseño, la implementación y el funcionamiento de un sistema de ventilación subterránea. Al margen del enfoque radical de MINETEK en el diseño de sistemas de ventiladores, la atención se centra directamente en la integración con los sistemas de la mina para permitir un funcionamiento autónomo. Performance On-Demand es un excelente ejemplo de tecnología aplicada, y MINETEK va más allá de la reducción del consumo de energía para explorar un funcionamiento con verdadera capacidad de respuesta. Aunque la tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID) existe desde mediados de los años 40, su aplicación en el mundo industrial está conectando ahora oportunidades para mejorar los procesos en la minería.

Mintek ha desarrollado un nuevo enfoque innovador para optimizar los circuitos de aire mediante la integración de la tecnología RFID para activar su sistema de ventilación Performance On-Demand y dirigir el suministro de aire en función de los movimientos de los vehículos. Este enfoque cambia las reglas del juego, ya que permite a los operarios reducir eficazmente el caudal de aire en partes de la mina sin actividad programada, manteniendo al mínimo los niveles de inflado de los airbags y reduciendo exponencialmente los costes de consumo de energía.

Al automatizar el flujo de aire activado y eliminar la necesidad de intervención humana, se puede optimizar tanto la seguridad como el rendimiento operativo. Conectar las modernas tecnologías de ventilación para aprovechar los datos e impulsar procesos predictivos es el camino a seguir para lograr una verdadera eficiencia operativa.

3. Agilidad de ventilación

La agilidad se define como la capacidad de moverse con rapidez y facilidad. Ser ágil, ágil y ágil. En los últimos años, el término ágil se ha adoptado en el campo de la gestión de proyectos, caracterizando el enfoque de dividir las tareas en fases cortas con una frecuente reevaluación de planes y prioridades.

Aunque se acuñó en los círculos de desarrollo de software, donde el ritmo de cambio es rápido, esta definición de agilidad es ciertamente apta para el entorno en continuo cambio en el que se desarrolla la minería subterránea. Por definición, una mina cambia constantemente. Debe cambiar sistemáticamente de forma y tamaño a medida que se extrae mineral de la tierra.

Aunque el diseño inicial de una mina subterránea proporciona a los operadores una hoja de ruta sobre cómo evolucionará su infraestructura, es una gestión ágil del proyecto y la comprensión de cómo aplicar los recursos a lo largo del tiempo lo que se necesita para adaptarse y optimizar continuamente.

La agilidad requiere una combinación de tecnología y flexibilidad.

En Minetek, hemos reconocido la necesidad de ser ágiles y nos hemos asociado con minas líderes de todo el mundo para aplicar las últimas ideas en ventilación de minas, lo que está permitiendo a los mineros cumplir y superar sus objetivos. Por ejemplo, la innovadora tecnología de ventiladores de Minetek ofrece a los operadores flexibilidad gracias al rendimiento bajo demanda. POD permite a los operarios aumentar o reducir rápidamente el suministro de aire dirigiendo el flujo de aire mediante un innovador diseño de paletas de control.

Este enfoque elimina la necesidad de intervención del VSD, lo que ofrece una clara mejora del rendimiento. Al eliminar la necesidad de VSD, las minas pueden utilizar toda la potencia disponible sin riesgo de que el ventilador se cale o cree desequilibrios armónicos. Esta flexibilidad en el control y la aplicación ofrece una verdadera agilidad, al reducir el consumo de energía y los costes, y también permite reentradas más rápidas tras la actividad de voladura.

Ser ágil requiere un enfoque ajustado.

Se ha demostrado que los robustos ventiladores de una sola velocidad de Minetek, con aspas prácticamente inmunes al desgaste, reducen los costes de consumo eléctrico hasta en 50%. Además, al eliminar volumen, el diseño compacto de los ventiladores permite a los mineros lograr agilidad al poder desplegarlos de forma segura y eficiente por la red con facilidad.

En comparación con los ventiladores tradicionales de mayor tamaño, las unidades compactas de Minetek tienen la capacidad de superar a las alternativas de mayor tamaño y reubicarse rápida y fácilmente en otras ubicaciones a medida que evolucionan las labores de la mina. Gracias a su menor tamaño, los ventiladores Minetek pueden instalarse fácilmente en diversas orientaciones y en ubicaciones subterráneas estrechas. Esta agilidad y capacidad de respuesta permiten a los operarios adaptarse a las condiciones cambiantes, al tiempo que reducen las posibles repercusiones en la seguridad de la manipulación manual.

Ser verdaderamente ágil requiere confianza.

Minetek cuenta con una amplia experiencia en el diseño, fabricación, ensayo e instalación de los sistemas de ventiladores más avanzados del mundo y con el respaldo de un gran equipo de ingenieros aeronáuticos, mecánicos y eléctricos. Desde el modelado inicial del declive y la consultoría hasta el soporte posterior a la implantación, nuestro equipo cuenta con la capacidad combinada para ayudarle a ofrecer un enfoque ágil en su próximo proyecto de ventilación.

The role of fans in maintaining the air quality and safety of underground mines cannot be overstated. These ventilation systems are indispensable in providing a constant flow of fresh air, preventing the build-up of toxic gases, and protecting workers from respiratory ailments. In addition to their critical role in maintaining air quality, fans also play a vital role in keeping mining equipment cool and operational. Any downtime in production can result in significant financial losses, making optimal fan performance essential. 

Selecting the right fan is a crucial decision that demands careful consideration. However, not all fans are created equal, and their performance can vary greatly depending on various factors, such as diameter, speed, and blade pitch angle. This is where the concept of a fan curve comes in, providing an invaluable graphical representation of a fan’s performance and the relationships between its key parameters. By leveraging this information, mining operators can confidently select the right fan, safeguarding worker safety and the mine’s productivity.

What are fan performance curves?

Fan performance curves are a powerful tool that visually represents a fan’s ability to move air at different flow rates and pressures. Understanding these curves is crucial in selecting the most suitable fan for a specific application and operating it with peak efficiency.

Fan performance curves are typically plotted on a graph with volume flowrate and pressure as the two axes. Fan curve families have multiple curves depicted on the one graph, showing how the fan’s airflow and pressure change in response to various operating conditions. Each curve will represent how the fan’s airflow and pressure change in response to various operating conditions, including different diameters, running speeds, densities and impeller configurations.

When selecting a fan, it is paramount to consider both the flow rate and pressure requirements to determine the appropriate operating point where the system’s airflow resistance and the fan’s pressure capabilities intersect. This point indicates the actual flow rate the fan will produce at the given pressure.

Moreover, fan performance curves also aid in troubleshooting and diagnosing problems with the fan’s performance. Tracking the operating point makes it possible to identify issues such as clogged filters, closed dampers, or pressure, leading to a state of stall by exceeding the fan’s design capacity. Correcting these issues ensures efficient fan operation, avoids potential damage to the motor or fan down time.

Fan performance curves are a valuable resource for selecting the most appropriate fan for a given application, optimising its performance, and diagnosing issues that may arise during operation. Engineers and technicians can ensure that fans operate at their best by leveraging the power of fan performance curves, maintaining efficient airflow and pressure to achieve optimal system performance.

Key terminology to know when reading a fan performance curve

Reading a fan performance curve can be challenging, but it is a critical skill for efficiently selecting and operating a fan. Understanding the three primary parameters, namely static pressure (Pa or in.wg), volume flowrate (m³/s or CFM), and power (Kw or BHP), and their relationships is essential in interpreting fan performance curves.

Volume flowrate

Volume flowrate is a metric that measures the fan’s capability to generate air movement at different static pressure levels, which is typically displayed on the x-axis of the fan’s performance curve. In the United States, this is typically quantified in cubic feet per minute (CFM), while the internationally recognized unit of measurement for air volume flow rate is m³/s. The value of a fan is profoundly influenced by the speed at which it operates and the size of its awe-inspiring impeller blades, both of which play crucial roles in its exceptional performance.

Static pressure

Static pressure refers to the resistance that air encounters as it flows through a system, such as a duct or a filter. This pressure is exerted on the walls of the system and is quantified in inch water gage (in.wg). In the context of a fan’s performance, the static pressure (SP) value is typically illustrated on the y-axis of the performance curve. Higher SP values correspond to greater resistance in the system, resulting in lower m³/s values.

Potencia

Fan power is a crucial metric that quantifies the output of power required to propel a fan to its maximum potential. In the United States, this metric is conventionally measured in brake horsepower (BHP or HP), while kilowatts (kW) are the standard unit of measurement in most other regions such as Canada and Australia. The HP or Kw value reflects the optimal amount of power that the fan requires to achieve its designated speed and performance level.

Operating point and application

The operating point represents the intersection of the volume flowrate and SP values on the performance curve, corresponding to the conditions under which the fan operates. The application of the fan, such as ventilation, cooling, or extraction, determines the required operating point. To select the appropriate fan for an application, it is necessary to identify the operating point and match it with the fan’s performance curve.

What is stall, and why do they occur?

Measuring these different components, such as volume flowrate (CFM), static pressure (SP), and brake horsepower (BHP), can provide critical information for keeping the system running efficiently and preventing costly fan stalls.

Fan stalls occur when the airflow through a fan is disrupted or reduced to the point where the fan blades no longer have enough air to work against. This can be caused by a variety of factors, including changes in the system resistance due to dirty air filters or ductwork, incorrect fan speed settings, or inadequate maintenance.

The consequences of fan stalls can be severe, both in terms of energy efficiency and overall system performance. When a fan stalls the state of performance reduces and may trip on vibration, over temperature or other safeties – leading to the fan stopping, causing a complete loss of ventilation or cooling, which can be detrimental to the health and comfort of occupants in the vicinity. Additionally, when a fan stalls it can cause damage to the fan motor, impeller and bearings, reducing the lifespan of the equipment and leading to costly repairs or replacements.

Measuring the CFM, SP, and BHP of a ventilation system can help identify potential issues before they lead to fan stalls. Monitoring these components regularly makes it possible to detect changes in system performance and take corrective action before they escalate. For example, if the CFM value drops below the expected level, it may indicate a blockage or obstruction in the ductwork that needs to be cleared.

Plotting a fan performance curve

At Minetek, we pride ourselves on our ability to deliver exceptional fan solutions to our mining clients. We achieve this by creating a fan performance curve customised to the specific duty point required by the mine. This involves a meticulous selection process, where we carefully consider the client’s needs and select a fan that meets those needs and provides excellent value.

We offer an extensive range of primary and secondary fans, each with unique specifications and capabilities, ensuring that our clients can find a fan that is perfectly suited to their requirements. Our fan options range from 90kw all the way up to 1,110kw, providing a broad selection of solutions to choose from.

Minetek’s fan performance

Primary / Booster Fan range

Minetek’s Principal / Booster Fan Range boasts an extraordinary range of exceptionally high-performance fans meticulously designed to cater to the highly specialised needs of underground mining sites.

• • Power range 200 – 2,700 HP / 150 – 2,000 kW

• • Volume 106,000 – 2,119,000 CFM 50 – 1000 m3/s

• • Pressure 200 – 27 in.wg / 200 – 8000 Pa

• • Efficiency > 85%

Secondary / Auxiliary Fan range

Minetek’s Secondary/Auxiliary Fan Range presents an extensive array of fans precisely designed to meet the unique and specific demands of underground mine sites.

• • Power range 120 – 500 HP / 90 – 375 kW

• • Volume 22,120 – 211,900 CFM / 10 – 100 m3/s

• • Pressure 0.80 – 27 in.wg / 200 – 6500 Pa

• • Efficiency > 85

The benefits of Minetek’s High-Output Axial Fan

At Minetek, we strive to deliver cutting-edge ventilation technology through world-class engineering, intensive research and development, and breakthrough technology. Our underground ventilation technology is the pinnacle of innovation, providing unparalleled economic, operational, and safety benefits unmatched anywhere else in the world.

Minetek’s mine ventilation system features underground fans that enhance airflow and eliminates power wastage in underground mining applications. This remarkable system utilises a patented Mine Air Control (MAC) technology that enables the Performance on Demand (POD) units to sense the required airflow in any heading at any given time, maximising their performance. The system’s high-pressure, steel-fabricated impeller technology allows for operation in temperatures, and conditions once thought impossible for an Axial Fan.

The Axial Fan’s key feature is its POD system, which comprises an electronic controller that enables the fan to be regulated from low flow requirements to over double the duty point of a conventional vane axial fan, resulting in significant cost savings. The MAC System RFID trackers play a critical role in its cost-efficiency, continuously monitoring the movement of underground mining equipment and automatically adjusting the air volumetric flow to provide sufficient ventilation for the area and disperse the gases.

Minetek’s revolutionary anti-stall chamber is a feat of engineering, expertly regulating air movement by capturing turbulent airflow and unstable pre-swirls. This ingenious technology eliminates critical stalls and improves the fan’s operating range and overall performance, providing unparalleled outcomes for underground mining sites.

This modular system is custom-engineered and manufactured in Australia to meet the end user’s specific needs, making it a highly reliable and adaptable solution for various underground mining applications.

Póngase en contacto con nosotros today to learn more about our underground ventilation solutions and how we can help you achieve optimal performance.