En un proyecto financiado por el Austrian Science Fund FWF, un grupo de investigación de Leoben investigó cómo se podrían mejorar los métodos de excavación de roca dura mediante el uso de irradiación de microondas para facilitar la excavación mecánica clásica y ahorrar energía.
La excavación de roca dura como el granito es un proceso que consume una gran cantidad de tiempo y energía, ya sea en la minería o en la construcción de túneles. Son necesarios varios pasos. En primer lugar, Se crean grietas en la roca compacta para que se fragmente en piezas individuales que luego se pueden excavar y eliminar. En la historia de la minería, Este primer paso se llevó a cabo a menudo con la ayuda del fuego, porque el calor agrieta la roca. Un proyecto interdisciplinario de las Cátedras de Mecánica, Ingeniería de Física e Minas en la 'Montanuniversität Leoben' (Universidad de Ciencias Mineras de Leoben) investigó una versión moderna de esa estrategia, usando microondas para calentar la roca.
"Todos los métodos de excavación convencionales tienen una cosa en común:primero quieres romper la roca, es decir, crear más superficies, pero solo una pequeña parte de la energía se destina realmente a esa fragmentación. La parte del león se pierde en forma de calor, "dice el investigador principal Thomas Antretter del Instituto de Mecánica de Montanuniversität. Actualmente, la roca es volada o fragmentada mecánicamente con maquinaria pesada y luego excavada. "Es una enorme pérdida de energía. No queremos reemplazar la excavación mecánica por completo, eso sería imposible. Pero podemos hacerlo más fácil "dice Antretter.
25 veces más fuerte que un horno de microondas
Es bien conocido el hecho de que se pueden utilizar microondas para calentar alimentos. Es menos obvio, sin embargo, que las microondas también se pueden utilizar para calentar rocas. "Podrías poner un trozo de piedra en un horno de microondas y se calentaría, "explica Antretter." Para crear grietas reales, sin embargo, necesitas mucha más energía ". Para las pruebas de práctica, utilizaron una unidad de microondas con una potencia de 25 kW, que es aproximadamente 25 veces la energía producida por un horno de microondas. Aplicado mediante un dispositivo que parece una manguera, las microondas se canalizan a través de este conductor hueco.
El grupo de Antretter fue responsable de las simulaciones por computadora. "Las simulaciones fueron bastante completas, porque primero tuvimos que calcular los procesos electromagnéticos, la irradiación y propagación de ondas electromagnéticas, y luego tuvimos que concluir a partir de estos cálculos cómo se calentaría el granito ".
Antretter se interesó especialmente por el granito por las dificultades que conlleva en la excavación por su dureza. El granito se compone de feldespato, cuarzo y mica. "Estos minerales tienen diferentes propiedades y se calientan en diferentes grados. Aparte de eso, también difieren en sus propiedades eléctricas, lo que significa que absorben las microondas de manera diferente ". Esto también tuvo que calcularse antes de los experimentos.
"Los resultados de la disipación de potencia se utilizaron luego para calcular los aspectos mecánicos, "explica Antretter." Para hacer eso, necesitábamos calcular cómo se desarrollaría la temperatura en la roca con el tiempo. Basado en eso, podemos calcular las deformaciones y tensiones mecánicas, nuevamente en función del tiempo ". Los resultados se compararon con los niveles de tensión crítica para los componentes individuales de la roca con el fin de averiguar cuándo la roca se rompería y produciría las grietas deseadas.
Pulsos cortos más efectivos
El equipo de Thomas Antretter simuló corto, pulsos intensos que duraron solo una décima de segundo y los compararon con pulsos más largos de menor intensidad que duraron 100 segundos. La producción de energía fue la misma en ambos casos. "En las simulaciones, los pulsos cortos mostraron un poco más de efecto con la misma cantidad de energía, "informa Antretter. En paralelo, Las pruebas se realizaron en la vecina Cátedra de Ingeniería de Minas, donde los investigadores tienen acceso a una unidad de microondas. "Allí, en realidad, irradiaron muestras de rocas en diferentes condiciones y durante diferentes períodos de tiempo. Resultó que se pueden crear patrones de grietas y que se correlacionarán bien con los resultados de nuestra simulación ".
La idea de usar microondas para romper rocas ha existido por algún tiempo, recuerda el investigador principal Antretter. "Pero uno nunca podría cuantificar el efecto con precisión, las pruebas se realizaron a base de prueba y error. Y entonces se olvidaron de eso otra vez ".
Hay una serie de preguntas abiertas sobre la implementación en la práctica, como problemas de seguridad contra incendios. "Pero desde un punto de vista puramente técnico, no hay nada que impida la implementación, "dice Antretter.
