A Fortescue comissionou no início de 2023 um protótipo de unidade de energia externa para alimentar uma escavadeira elétrica Liebherr R 9400 E convertida, na operação de minério de ferro de Christmas Creek, parte do Chichester Hub, na Austrália Ocidental.
A Liebherr R 9400 foi originalmente fornecida em 2010 como uma máquina a diesel e estava chegando ao fim de sua vida útil, quando o fabricante e a mineradora Fortescue a modernizaram com sucesso para operação elétrica (alimentada por cabo), como modelo R 9400 E. Esta foi a primeira repotenciamento da Liebherr de acionamento diesel para acionamento elétrico, e também é a primeira escavadeira elétrica a marca a operar na Austrália.
A unidade de energia externa é descrita em documentos submetidos a um patente global pendente, protocolados pela Fortescue, como segue: “Um sistema de fornecimento de energia se destina a fornecer energia elétrica para operação de equipamentos pesados, como máquinas de mineração, compreendendo um módulo de célula de combustível de hidrogênio para gerar energia elétrica a partir de hidrogênio armazenado; um circuito eletrônico de potência acoplado para receber energia elétrica gerada pelo módulo de célula de combustível; um módulo de bateria acoplado ao circuito de eletrônica de potência para permitir o carregamento de células usando energia elétrica gerada pelo módulo de célula de combustível”.
O documento acrescenta: “A mineração, especialmente a mineração a céu aberto, utiliza máquinas de grande porte para obter eficiência em escala. Alimentar essas máquinas utilizando eletricidade não poluente pode ser um desafio, tendo em conta a localização, o ambiente e o modo de utilização das máquinas. Modalidades da presente invenção fornecem uma unidade de energia externa (OPU) para fornecer energia elétrica para operar equipamento pesado, tal como uma máquina de mineração móvel. A unidade de energia foi projetada para ser móvel com o equipamento sendo alimentado. A energia para a OPU é gerada a partir do hidrogênio armazenado por meio do uso de células a combustível de hidrogênio (HFCs).
“O cabo de arrasto em uso transporta um nível substancial de corrente elétrica e/ou alta tensão entre a OPU e o equipamento e deve, portanto, ser suficientemente robusto e isolado para uso em uma mina ou similar. O cabo de arrasto pode ter comprimento na ordem de 300 metros, o que permite ao equipamento uma amplitude de movimento sem necessidade de reposicionamento da OPU. Uma vez que o equipamento é tipicamente móvel e arrasta o cabo atrás dele, existe preferencialmente algum tipo de ligação de ancoragem forte entre a extremidade do cabo e o equipamento para evitar a desconexão involuntária física ou eléctrica. Uma forma de ancoragem é enrolar uma extremidade do cabo em torno de uma estrutura circular que usa fricção para manter o travamento.
O documento indica que: “Diferentes formas de máquinas de mineração acionadas eletricamente podem exigir características de fornecimento elétrico significativamente diferentes. Por exemplo, em termos de requisitos de energia, a perfuratriz DTH mencionada acima (por exemplo, Atlas Copco D65) pode exigir energia elétrica da ordem de 400 kW, uma perfuratriz Epiroc PV271 com opção de motor elétrico pode precisar fornecimento de cerca de 700 kW, enquanto mesmo uma pequena escavadeira de mineração (250 t) (por exemplo, Liebherr R 9250 E com opção de motor elétrico) pode exigir 1.000 kW ou mais de energia elétrica para operar. Além disso, alguns equipamentos necessitam de alimentação de corrente contínua, enquanto outros utilizam corrente alternada. Os requisitos de tensão de alimentação também podem variar, juntamente com os ciclos de trabalho.”
Sobre escalabilidade, os documentos informam: “A gama de requisitos de energia é abordada pelas modalidades da invenção, permitindo que cada célula de combustível, bateria e módulos eletrônicos sejam escaláveis e independentemente configuráveis em capacidade. Esta flexibilidade no design da unidade de energia externa oferece a oportunidade de adaptar o dimensionamento das baterias e das células de combustível de hidrogênio, em particular, para atender às aplicações do equipamento. O armazenamento de hidrogênio também pode ser adaptado para atender ao ciclo de trabalho do equipamento e aos requisitos operacionais.”
De volta à Liebherr e à própria conversão da escavadeira. “Aproximadamente 60% de uma escavadeira de mineração Liebherr elétrica é igual a uma máquina movida a diesel, o que ajuda a simplificar o processo de repotenciação”, explicou Chris Di-Nardo, gerente de projeto da Liebherr-Australia Pty Ltd, em um artigo recente postado pela empresa. “Depois que este R 9400 foi retirado de suas operações na Austrália Ocidental, a máquina base foi devolvida à nossa filial em Perth, onde a conversão foi feita.”
Entre as mudanças necessárias para que a R 9400 se tornasse uma R 9400 E, o motor diesel e o tanque de combustível precisaram ser removidos e substituídos por seus equivalentes elétricos – neste caso, um motor elétrico e um gabinete elétrico de alta tensão, respectivamente. Os componentes necessários no R 9400 com acionamento diesel – como os radiadores de refrigeração a água, ventiladores, exaustão e sistemas de admissão de ar – tornaram-se redundantes com a introdução do motor elétrico. Contudo, a conexão rotativa era um caso diferente: para acomodar a interface de alta tensão entre o chassi superior e inferior da R 9400 E, foi necessária a instalação de uma conexão rotativa inteiramente nova.
A Liebherr recomenda que as repotenciações ocorram quando a máquina precisar de um serviço importante ou troca de componentes. Assim, enquanto o R 9400 estava mudando da versão diesel para eléctrica, também foram trocados os principais componentes que tinham atingido a vida útil. Realizar extensas manutenções dessa forma também tem a vantagem de tornar o processo mais econômico para os clientes. Depois que os novos módulos de acionamento elétrico foram instalados, as conexões foram concluídas e os sistemas verificados, a R 9400 E repotenciada foi então “ligada” para energizar os sistemas operacionais da escavadeira.
O R 9400 E requer 6.600 volts a 50 hertz para seu processo de inicialização e então o motor elétrico e o sistema hidráulico podem ser ‘iniciados e colocados em funcionamento’. Para minimizar a corrente de partida necessária para dar partida no motor elétrico, a Liebherr desenvolveu um sistema especializado que consiste em transformadores de alta tensão. Este sistema de transformadores reduz a corrente exigida da rede elétrica do cliente para evitar perturbações excessivas .
Embora o processo de repotenciação não seja excessivamente complicado, foi necessária experiência específica da fábrica de escavadeiras da Liebherr em Colmar, França, para apoiar a equipe na Austrália em seu primeiro projeto de repotenciamento diesel para elétrica.
Fonte: Revista Minérios e Minerales