Ved at bruge mikrobølger til at bryde sten sparer du energi

I et projekt finansieret af den østrigske videnskabsfond FWF, en forskergruppe fra Leoben undersøgte, hvordan udgravningsmetoder for hårde sten kunne forbedres ved at bruge mikrobølgebestråling for at gøre klassisk mekanisk udgravning lettere og spare energi.

Udgravningen af ​​hård sten som granit er en proces, der kræver meget tid og energi, hvad enten det er i minedrift eller i tunneling. Flere trin er nødvendige. Først og fremmest, revner skabes i kompakt sten for at gøre den fragmenteret i individuelle stykker, der derefter kan udgraves og fjernes. I minedriftens historie, Dette første trin blev ofte udført ved hjælp af ild – fordi varme knækker klippen. Et tværfagligt projekt af Stole for Mekanik, Physics and Mining Engineering ved 'Montanuniversität Leoben' (Leoben University of Mining Sciences) undersøgte en moderne version af denne strategi, bruge mikrobølger til at opvarme stenen.

"Alle konventionelle udgravningsmetoder har en ting tilfælles:du vil først bryde klippen, dvs. skabe flere overflader, men kun en lille del af energien går virkelig ind i den fragmentering. Løveparten går tabt i form af varme, "siger hovedforsker Thomas Antretter fra Institute of Mechanics på Montanuniversität. I øjeblikket klippen sprænges eller fragmenteres mekanisk med tungt maskineri og graves derefter ud. "Dette er et kæmpe spild af energi. Vi ønsker ikke at erstatte mekanisk udgravning helt, det ville være umuligt. Men vi kan gøre det nemmere ”siger Antretter.

25 gange stærkere end en mikrobølgeovn

At mikrobølger kan bruges til at varme mad op er velkendt. Det er mindre indlysende, imidlertid, at mikrobølger også kan bruges til at opvarme sten. "Du kunne faktisk putte et stykke sten i en mikrobølgeovn, og det ville blive varmt, "forklarer Antretter." For at skabe reelle revner, imidlertid, du har brug for meget mere energi. "Til øvelsestestene, de brugte en mikroovn med en effekt på 25 kW, hvilket er cirka 25 gange energien produceret af en mikrobølgeovn. Anvendes ved hjælp af en enhed, der ligner en slange, mikrobølgerne kanaliseres gennem denne hule leder.

Antretters gruppe var ansvarlig for computersimuleringerne. "Simuleringerne var ret omfattende, fordi vi først skulle beregne de elektromagnetiske processer, bestråling og spredning af elektromagnetiske bølger, og så måtte vi konkludere ud fra disse beregninger, hvordan granitten ville varme op. "

Antretter var især interesseret i granit på grund af de vanskeligheder, det medfører ved udgravning på grund af sin hårdhed. Granit består af feltspat, kvarts og glimmer. "Disse mineraler har forskellige egenskaber og varmer op i forskellige grader. Bortset fra det, de adskiller sig også i deres elektriske egenskaber, hvilket betyder, at de absorberer mikrobølger forskelligt. "Dette skulle også beregnes før eksperimenterne.

"Resultaterne for effekttab blev derefter brugt til at beregne de mekaniske aspekter, "forklarer Antretter." For at gøre det, vi havde brug for at beregne, hvordan temperaturen vil udvikle sig i klippen over tid. Baseret på det, vi kan beregne de mekaniske belastninger og belastninger, igen som en funktion af tiden. "Resultaterne blev sammenlignet med de kritiske belastningsniveauer for de enkelte bestanddele i klippen for at finde ud af, hvornår stenen ville gå i stykker og producere de ønskede revner.

Korte pulser mere effektive

Thomas Antretters team simulerede korte, intense pulser, der kun varede en tiendedel af et sekund og sammenlignede dem med længere pulser med lavere intensitet, der varede 100 sekunder. Energiproduktionen var den samme i begge tilfælde. "I simuleringerne de korte impulser viste lidt mere effekt med den samme mængde energi, " beretter Antretter. Sideløbende test blev foretaget hos nabostolen for Mining Engineering, hvor forskerne har adgang til en mikrobølgeenhed. "Der, de bestrålede faktisk stenprøver under forskellige forhold og i forskellige tidsrum. Det viste sig, at du kan oprette revnemønstre, og at de vil korrelere godt med resultaterne af vores simulering. "

Ideen om at bruge mikrobølger til at bryde sten op har eksisteret i nogen tid, minder hovedforsker Antretter. "Men man kunne aldrig kvantificere effekten præcist, testene blev udført på en trial and error basis. Og så glemte de det igen. "

Der er en række åbne spørgsmål vedrørende implementering i praksis, såsom brandsikkerhedsproblemer. "Men rent teknisk set, der er intet, der forhindrer implementering, siger Antretter.