La modellizzazione predittiva dei danni contribuisce a ridurre i rifiuti originati dalle pompe per miniere
Minerali industriali di primaria importanza, tra cui il rame, lo zinco e il minerale di ferro, possono essere pompati per centinaia di chilometri tra i siti minerari nel corso della loro trasformazione da minerali grezzi a minerali utilizzabili. Spesso altamente viscosi, sottoposti a elevate pressioni di processo e combinati con prodotti chimici corrosivi, questi liquami minerali usurano anche le pompe per servizio pesante appositamente costruite. Il progetto APESA è una collaborazione tra Weir Minerals Netherlands (WMNL) e cinque ricercatori all’inizio della propria carriera inseriti presso l’Università di Strathclyde volta a esplorare le modalità attraverso cui le pompe si danneggiano e sviluppare modelli predittivi e tecniche di limitazione dei danni al fine di incrementare la durata delle pompe volumetriche. Il sostegno del programma Marie Skłodowska-Curie dell’UE ha reso possibile questa ricerca cruciale per il settore, che ha il potenziale per ridurre i rifiuti e i costi operativi in miniere di tutto il mondo.
Comprendere l’usura delle pompe volumetriche
Le pompe volumetriche, che sono utilizzate allo scopo di trasportare liquami minerali per lunghe distanze, sono solitamente progettate per una durata di servizio fino a 25 anni. Ciononostante, gli effetti combinati di corrosione, erosione e fatica comportano inevitabilmente danni materiali alle pompe nel corso del tempo, provocando effetti negativi sulle prestazioni e rendendo necessaria l’installazione di pezzi di ricambio. Per comprendere il complesso comportamento di queste pompe per liquami, il team di APESA ha dovuto approfondire proprietà in reciproca interazione, quali: i materiali che costituiscono la pompa; le dimensioni, la forma e la concentrazione delle particelle solide del liquame; le caratteristiche chimiche del liquame e l’effetto della progettazione del flusso della pompa sulla velocità e l’angolatura del liquame. «Per il progetto APESA abbiamo esaminato il ciclo di vita della pompa per individuare le aree in cui tecnologie emergenti e nuovi elementi di comprensione potrebbero fare una notevole differenza», afferma Douglas Watson, responsabile del programma presso il Weir Advanced Research Centre. «Ci siamo concentrati su una migliore comprensione dei meccanismi di danneggiamento per esplorare modi volti a limitare i danni e sull’impiego della modellizzazione predittiva per effettuare una valutazione di approcci alternativi più rapidi e precisi». La ricerca ha migliorato la comprensione della prestazione dei materiali e l’influenza esercitata dai processi di fabbricazione e dalla degradazione della pompa sulle prestazioni nel corso della sua durata di funzionamento. Inoltre, ha messo in evidenza materiali alternativi e tecniche di condizionamento dei materiali che potrebbero estendere la durata di funzionamento delle pompe. I risultati della ricerca saranno pubblicati a breve sulla rivista «International Journal of Plasticity» e descriveranno in dettaglio il nuovo modello di materiali a plasticità ciclica sviluppato nell’ambito di APESA e implementato per la valutazione della tensione di compressione sulla resistenza alla fatica dell’acciaio a basso tenore di carbonio in ambienti corrosivi.
Ridurre al minimo i rifiuti
I risultati sono ora integrati direttamente nei manuali di progettazione e nei calcoli utilizzati dai team di ingegneri impegnati nella realizzazione delle pompe volumetriche di marchio GEHO® presso Weir Minerals. Le conclusioni tratte sono così significative che uno dei ricercatori nella fase iniziale è stato appositamente fatto rimanere dal partner industriale del progetto al fine di agevolare il trasferimento delle conoscenze. La ricerca di APESA estenderà il tempo medio di funzionamento delle pompe volumetriche prodotte da Weir Minerals e ridurrà la quantità di manutenzione necessaria per operarle, diminuendo sia i rifiuti generati, sia i costi operativi da sostenere nel settore minerario. «In tal modo si protegge il vantaggio competitivo dell’industria europea, sia per i fabbricanti di pompe che per la loro base di rifornimento, in un periodo caratterizzato dall’aumento della concorrenza a opera di produttori di apparecchiature non europei», afferma Watson. Il team di ricerca sta ora rivolgendo la propria attenzione sulla modellizzazione e la simulazione future per approfondire la protezione contro la corrosione alla luce dei sistemi minerari di gestione idrica adottati per affrontare le sfide legate alla scarsità di acqua del futuro.
Parole chiave
APESA, liquame, condotto, corrosione, rame, zinco, ferro, pompa, miniere, minerali, rifiuti, modellizzazione, simulazione