Jet pump cooling for deep mines

Rico Paez, Javier (2017). Jet pump cooling for deep mines. (Mémoire de maîtrise). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Repéré dans Depositum à https://depositum.uqat.ca/id/eprint/729

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Résumé

Une des options possibles pour répondre au besoin de réfrigération dans les mines souterraines profondes est l'utilisation d'une turbine de détente ou d'un turbodétendeur, telle qu'elle est actuellement utilisée dans les systèmes classiques de réfrigération et de liquéfaction des gaz. Dans ces domaines, cette technologie est bien connue et exploite leur haute efficacité isentropique qui se traduit par une meilleure performance de refroidissement. L'électricité peut être générée comme un sous-produit de l'expansion de l'air comprimé dans ces systèmes. Cependant, ces machines nécessitent un entretien mécanique régulier, peuvent geler si elles ne sont pas correctement conçues, sont coûteuses et dans la sous-surface nécessitera de grandes fouilles. Au lieu de cela, ce travail considère le turbocompresseur remplacé par un simple, plus petit, pas de pièces mobiles et donc plus économique solution: l'éjecteur. Au lieu d'extraire le travail mécanique de l'arbre pendant le processus d'expansion et de refroidissement de l'air, un éjecteur peut entraîner un écoulement secondaire avec son jet d'air primaire à grande vitesse. Un projet d'éjecteur est proposé, comprenant une galerie souterraine de 4 mètres de diamètre et 32 mètres de long, avec une section initiale convergente, contenant un tuyau de 152,4 mm délivrant un jet d'air comprimé, envoyé à une gorge étroite et ensuite à un divergent, Section de récupération de pression. La conception est soutenue par des calculs thermodynamiques. À l’entrée, le débit d'air secondaire est supposé être à 39 ° C reflétant la température de l'air qui doit être refroidi. Le jet d'air comprend un débit massique de 22,36 kg / s à -71,32 ° C. Une élévation de pression statique de 1 kPa est maintenue de l'entrée à la sortie (à la sortie du diffuseur) où le débit massique de l'air est de 243,82 kg / s (y compris le débit d'air secondaire) à 29,02 ° C. Comme l'air comprenant le jet est plus sec que le flux d'air secondaire, à travers le processus de mélange, l'humidité de l'air est également réduite. En bref, le système se comporte comme un ventilateur auxiliaire qui refroidit et déshumidificateur.

One option to address the need for refrigeration in deep underground mines is the use of an expansion turbine, or turbo-expander, as currently used in conventional refrigeration and gas liquefaction systems. In these other fields, this technology is well known and exploits their high isentropic efficiency which results in better cooling performance. Electricity can be generated as a by-product of expansion of compressed air in those systems. However, such machines require regular mechanical maintenance, can freeze up if not correctly designed, are expensive, and in the sub-surface would require large excavations. Instead, this work considers the turbo-expander replaced with a simple, smaller, no moving parts and hence more economical solution: the ejector. Instead of extracting mechanical shaft work during the air expansion and cooling process, an ejector can drive a secondary flow with its high speed primary air jet. A design for an ejector is put forward, comprising an underground gallery of 4 meters diameter and 32 meters long, with a convergent initial section, containing a 152,4 mm pipe delivering a compressed air jet, sent to a narrow throat and subsequently to a divergent, pressure recovering section. The design is supported by thermodynamic calculations. Inlet, secondary air flow is assumed to be at 39 °C reflecting the temperature of air that must be cooled. The air jet comprises a mass flow of 22.36 kg/s at -71.32 °C. A 1 kPa static pressure rise is maintained from the inlet to the outlet (at the diffuser exit) where the mass flow of the air is 243.82 kg/s (including the secondary air flow) at 29.02 °C. As the air comprising the jet is drier than the secondary air flow, through the mixing process, the humidity of the air is reduced too. In short, the system behaves like a booster fan that cools and dehumidifies.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
Directeur de mémoire/thèse:	Godard, François
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Dituba Ngoma, Guyh
Mots-clés libres:	Cooling, deep, mine, ejector
Divisions:	Génie > Maîtrise en ingénierie
Date de dépôt:	10 oct. 2017 18:12
Dernière modification:	10 oct. 2017 18:12
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/729

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