Em um projeto financiado pelo Austrian Science Fund FWF, um grupo de pesquisa de Leoben investigou como os métodos de escavação para rocha dura poderiam ser melhorados usando irradiação de microondas para tornar a escavação mecânica clássica mais fácil e economizar energia.

A escavação de rochas duras como o granito é um processo que consome muito tempo e energia, seja na mineração ou na construção de túneis. Várias etapas são necessárias. Em primeiro lugar, rachaduras são criadas na rocha compacta para fazê-la se fragmentar em pedaços individuais que podem ser escavados e removidos. Na história da mineração, este primeiro passo era frequentemente executado com a ajuda do fogo - porque o calor trinca a rocha. Um projeto interdisciplinar das Cátedras de Mecânica, Física e Engenharia de Minas na 'Montanuniversität Leoben' (Leoben University of Mining Sciences) investigou uma versão moderna dessa estratégia, usando microondas para aquecer a rocha.

"Todos os métodos convencionais de escavação têm uma coisa em comum:primeiro você quer quebrar a rocha, ou seja, criar mais superfícies, mas apenas uma pequena parte da energia realmente vai para essa fragmentação. A maior parte é perdida na forma de calor, "diz o investigador principal Thomas Antretter do Instituto de Mecânica da Montanuniversität. Atualmente, a rocha é explodida ou fragmentada mecanicamente com maquinário pesado e depois escavada. “Este é um desperdício de energia gigante. Não queremos substituir completamente a escavação mecânica, isso seria impossível. Mas podemos tornar mais fácil, "diz Antretter.

25 vezes mais forte do que um forno de micro-ondas

O fato de que as microondas podem ser usadas para aquecer os alimentos é bem conhecido. É menos óbvio, Contudo, que as microondas também podem ser usadas para aquecer rochas. "Você poderia realmente colocar um pedaço de rocha em um forno de micro-ondas e ele ficaria quente, "explica Antretter." Para criar fissuras reais, Contudo, você precisa de muito mais energia. "Para os testes práticos, eles usaram uma unidade de micro-ondas com uma potência de 25 kW, que é cerca de 25 vezes a energia produzida por um forno de micro-ondas. Aplicado por meio de um dispositivo semelhante a uma mangueira, as microondas são canalizadas através deste condutor oco.

O grupo de Antretter foi responsável pelas simulações de computador. "As simulações foram bastante abrangentes, porque primeiro tivemos que calcular os processos eletromagnéticos, a irradiação e propagação de ondas eletromagnéticas, e então tivemos que concluir a partir desses cálculos como o granito iria aquecer. "

A Antretter interessou-se particularmente pelo granito pelas dificuldades que acarreta na escavação devido à sua dureza. O granito consiste em feldspato, quartzo e mica. "Esses minerais têm propriedades diferentes e aquecem em graus diferentes. Além disso, eles também diferem em suas propriedades elétricas, o que significa que eles absorvem as microondas de forma diferente. "Isso também teve que ser calculado antes dos experimentos.

"Os resultados da dissipação de energia foram então usados ​​para calcular os aspectos mecânicos, "explica Antretter." Para fazer isso, precisávamos calcular como a temperatura vai se desenvolver na rocha ao longo do tempo. Baseado nisso, podemos calcular as deformações e tensões mecânicas, novamente em função do tempo. "Os resultados foram comparados com os níveis de tensão crítica para os componentes individuais da rocha, a fim de descobrir quando a rocha se quebraria e produziria as fissuras desejadas.

Pulsos curtos mais eficazes

A equipe de Thomas Antretter simulou um curto, pulsos intensos durando apenas um décimo de segundo e comparados com pulsos mais longos de menor intensidade que duravam 100 segundos. A produção de energia foi a mesma em ambos os casos. “Nas simulações, os pulsos curtos mostraram um pouco mais de efeito com a mesma quantidade de energia, "relata Antretter. Paralelamente, os testes foram feitos na vizinha Cadeira de Engenharia de Minas, onde os pesquisadores têm acesso a uma unidade de microondas. "Lá, eles realmente irradiaram amostras de rocha sob diferentes condições e por diferentes períodos de tempo. Descobriu-se que você pode criar padrões de fissuras e que eles se correlacionarão bem com os resultados de nossa simulação. "

A ideia de usar microondas para quebrar rochas já existe há algum tempo, lembra o investigador principal, Antretter. "Mas nunca se pode quantificar o efeito com precisão, os testes foram feitos por tentativa e erro. E então eles se esqueceram disso novamente. "

Há uma série de questões em aberto sobre a implementação na prática, como questões de segurança contra incêndio. "Mas de um ponto de vista puramente técnico, não há nada que impeça a implementação, "diz Antretter.