A pesar de los altos costos de la inversión inicial, en las operaciones del día a día y especialmente en vista de los crecientes precios de la energía, ningún otro medio de transporte se acerca a la eficacia en los costos de las correas transportadoras para transportar grandes cantidades de material suelto por largas distancias. Por Norbert Becker
A pesar de los altos costos de la inversión inicial, en las operaciones del día a día y especialmente en vista de los crecientes precios de la energía, ningún otro medio de transporte se acerca a la eficacia en los costos de las correas transportadoras para transportar grandes cantidades de material suelto por largas distancias.
En los últimos años, los diseños de los sistemas se han vuelto más complejos mediante el aumento en la longitud entre los ejes en correas transportadoras para distancias largas, el aumento de la velocidad de las correas, y rutas más desafiantes con curvas horizontales y verticales. Para garantizar que las correas transportadoras mantengan su rentabilidad por un largo tiempo, se necesita un diseño robusto que contemple altos niveles de disponibilidad de planta, alta productividad, bajos costos de capacitación y una larga vida útil. Estudios posteriores incluyen un diseño con bajo nivel de desgaste que prolongue los intervalos de mantenimiento y reduzca los costos asociados a los repuestos y la operación.
La respuesta de Siemens a estas demandas es Simine CON, el nombre genérico para las soluciones de sistemas de accionamiento de la compañía, abarcando los sistemas mecánicos y los eléctricos para un rendimiento sobresaliente del transportador con accionamiento tanto fijo como variable. El control de automatización también es parte del conjunto de soluciones.
Sin Dejar Nada al Azar
Solamente un buen diseño puede garantizar la larga vida del sistema. Es por esto que el diseño juega un papel tan central en Siemens para los nuevos sistemas transportadores, como también para reacondicionar transportadores existentes. Nueva experticia técnica, como también una amplia experiencia en el pasado de los ingenieros de Siemens desembocan en el proceso de diseño. Esto comienza determinando el ancho óptimo de la correa, dependiendo de la inclinación del transportador, el peso y tamaño del material suelto y la velocidad.
El dimensionar conforme a la norma DIN 22101 es la base para la planificación de una correa transportadora. Pero este es solo el primer paso en el proceso de diseño. Todos los transportadores diseñados por Siemens—ya sea para uso en una mina a rajo abierto, en un área de almacenamiento ó para transportadores ascendentes o descendentes de larga distancia—son analizados y optimizados usando simulación computacional. En el caso de las instalaciones más complejas, la simulación también sirve como una base para predecir el comportamiento dinámico. Esta característica es valiosa cuando se busca la correcta configuración para el controlador de tecnología. Para una solución mecatrónica, el potencial en pleno del sistema solamente se puede proporcionar cuando los accionamientos y el sistema mecánico están perfectamente alineados.
Cuando se trata de analizar la cadena de proceso, cada paso del proceso y sus interacciones son examinados en relación a la factibilidad económica y técnica. El modelo resultante es la base para la optimización de acuerdo a los métodos de Investigación Operacional. Estos métodos han sido aplicados con éxito en innumerables sectores. Las tareas de toma de decisiones del despachador son apoyadas mediante situaciones hipotéticas optimizadas y el sistema es capaz de tomar el control para evitar daños a los equipos. La simulación realizada con antelación asegura una operación confiable, especialmente de las complejas correas transportadoras que operan en una inclinación positiva o negativa, o con curvas verticales y horizontales.
Usando modelos de simulación dinámica totalmente desarrollados y realistas, se analiza la configuración de los accionamientos de la correa para determinar cómo se comporta el transportador durante los procedimientos de partida y detención. Especial atención de le presta a las condiciones de operación relacionadas con la seguridad. Esto podría incluir el desempeño del transportador durante detenciones de emergencia; condiciones fuera de norma para los accionamientos, engranajes y la correa; demostración de suficiente energía de frenado; y una evaluación de las cuestiones de seguridad.
En su conjunto, la simulación permite todos los escenarios de operación posibles para ser probados, y es por tanto un método muy importante para diseñar innovadores sistemas de transporte por correas en corto tiempo. Esto minimiza en gran medida la posibilidad de sorpresas desagradables durante las operaciones reales del transportador.
Los expertos de Siemens usan la simulación como la base para su ingeniería básica y de detalle. En el marco de la ingeniería de detalle, los componentes exactos, tal como se definen en la simulación, son agregados a la lista de materiales. A diferencia de los clásicos OEMs, Siemens usa una alta proporción de equipos—convertidores, motores, engranajes, accionamientos, sistemas de automatización, mecanismo de control y transformadores—que diseñan y construye. Todos los otros componentes, incluyendo tambores, rodillos, correas y estructuras de acero, son adquiridos en el mercado.
Carbón para la Energía
En Sajonia, Alemania, como contratista general de Vattenfall, Siemens está suministrando una correa transportadora de 13,5-km de largo. Una vez terminado a mediados del 2010, el sistema transportará lignito (carbón pardo) sin lavar desde la mina a cielo abierto Reichwalde a la central eléctrica Boxberg. Vattenfall, como el quinto mayor productor de electricidad y el generador líder de calefacción en Europa, extrae aproximadamente 60 millones de toneladas métricas ™ de lignito cada año. El carbón es consumido en las centrales eléctricas de Jänschwalde, Schwarze Pumpe y Boxenberg. En Boxenberg, otra central eléctrica será conectada a la red eléctrica, posiblemente en el 2011. Para poder garantizar el suministro a largo plazo de carbón a las instalaciones de Boxenberg, la extracción de carbón se reiniciará en la mina a cielo abierto Reichwalde. Usando Simine CON, se desarrolló un diseño óptimo que ahora está siendo ejecutado para cumplir con la puesta en marcha de operaciones programada para mediados del 2010.
El ancho de la correa es de 2.000 mm y, con un total de seis correas transportadoras, el sistema será capaz de movilizar 6.000 tm/h de carbón. La energía total para el accionamiento es de 19.350 kW y está distribuida entre tres estaciones motrices, cada una con una salida de 3 x 1,250 kW, y otras tres estaciones, cada una con una salida de 3 x 900 kW. Cuatro de las correas transportadoras son fijas, mientras que dos correas transportadoras de banco son móviles y las estaciones motrices asociadas están equipadas con orugas. El diseño técnico fundamental de todas las estaciones motrices y estaciones de deflexión es uniforme. El alcance del proyecto también incluye dos estaciones de eliminación de agua y un alimentador que transfiere el carbón hasta un transportador ya existente. Siemens es responsable de diseñar el sistema completo y también de la fabricación, entrega e instalación de los equipos. Luego de la puesta en servicio, el centro de servicios Siemens en la mina a cielo abierto de Nochten, cerca de Vattenfall, dará mantenimiento y soporte a los nuevos equipos.
Vattenfall, al seleccionar a Siemens para esta función, se beneficiará por tener un socio que se haga responsable del proyecto completo, desde la planificación hasta la puesta en servicio, como también porque habrá menos interacciones técnicas y gerenciales; una solución tecnológica consistentemente integrada; menos jornadas y tiempos de capacitación—manteniendo las actividades de capacitación integrada al mínimo; y menos diversidad de repuesto y los subsecuentes ahorros. Vattenfall también puede estar segura que recibirá un producto que cumple con la norma ISO 9001 y con el sistema de gestión de calidad propio de Siemens. En puntos definidos, llamados “Quality Gates” (Compuertas de Calidad), los resultados logrados del proyecto son cuantificados, evaluados y aprobados.
Defectos Críticos de Seguridad en el Diseño de Caminos de Minas
Para un suministro exitoso, no basta con hacer que el sistema esté en funcionamiento. Los servicios de ciclo de vida proporcionados por Siemens garantizan la permanencia de niveles de alto rendimiento durante todo el ciclo de vida del transportador. Mediante un programa de mantención oportuna, se puede mantener al transportador a la vanguardia de la tecnología.
Un notable ejemplo de esta constante capacidad de mejoramiento es el sistema transportador inclinado en Minera Los Pelambres, en Chile. En la mina, 200 km al norte de la ciudad de Santiago, Chile, el mineral de cobre se extrae a una altitud de 3.200 m sobre el nivel del mar. El sistema de correa transportadora, que tiene 12,7 km de longitud y 1,8 m de ancho, conecta la planta de chancado, a una altitud de 3.000 m., con la planta de beneficio ubicada a una altura geográfica de 1.600 m. Debido a la empinada inclinación y al severo ambiente, los componentes mecánicos y eléctricos están expuestos a considerables esfuerzos. El sistema genera alrededor de 17 mw de energía eléctrica durante operación con carga nominal.
Siemens inicialmente diseñó y montó el sistema transportador en 1999. En aquel entonces, el alcance incluía un transporte de hasta 7.000 tm/h de mineral a una velocidad de 6 m/seg. Ocho motores con una salida de 2.500 kW operaban las correas.
En el 2006, la potencia del sistema de accionamiento tuvo que aumentarse para adaptarse a una expansión de la capacidad de la planta de beneficio. Dos de las tres correas transportadoras estaban equipadas con un tren impulsor para aumentar la capacidad del sistema y dar cabida al mayor requerimiento de mineral del molino. Cada tren impulsor consistía en un motor, un convertidor, un transformador, y dispositivos conmutadores de media tensión. La salida del accionamiento de la correa fue aumentada de 20 mw a 25 mw, y el sistema de transportación ahora puede conducir 8.700 tm/h de material en lugar de 7.000 tm/h. Viajando a 6 m/seg, el recorrido del mineral chancado hasta la planta de procesamiento tarda 35 minutos. Como la pendiente es empinada, con un promedio de 10% de inclinación, existe un riesgo de resbalamiento descontrolado de la correa. Sin embargo, en una emergencia, 13 frenos de disco, cada uno con un diámetro de 2,5 m., pueden detener todo el sistema dentro de 70 segundos.
Una característica especial del sistema transportador de Los Pelambres es la capacidad de generar energía durante su operación con carga nominal. Esto significa que los 10 motores de accionamiento asociados a la correa consumen energía solamente si esta transporta menos de 800 tm de mineral. Por otro lado, estos generan hasta 17 mw de energía. A 90 millones de kWh, la producción de salida en el 2007 representó alrededor del 15% de las necesidades de energía de la mina, reduciendo los costos de energía y cortando la salida de dióxido de carbono en más de 50.000 tm/año. En el 2005, el Ministerio de Economía de Chile otorgó a Minera Los Pelambres el Premio Nacional por Eficiencia de Energía, por esta tecnología.
Desde el principio de este proyecto en 1999, Siemens ha prestado a Minera Los Pelambres servicios de mantención preventiva y correctiva para todo el sistema transportador en su mina a cielo abierto en las alturas de Los Andes. Los Pelambres ha renovado este contrato varias veces; el acuerdo más reciente fue firmado el 2007 y expira en el 2011.
Siemens es responsable de todos los equipos mecánicos y eléctricos, sistemas de automatización e instrumentación, como también de la gestión de materiales y repuestos. Un grupo de trabajo Siemens en faena se encarga de la mantención de todo el sistema transportador, desde los rodillos hasta la correa y los motores.
Una red de fibra óptica conecta todas las partes de la instalación, donde sensores monitorean parámetros de estado crítico en diferentes componentes. Esto permite que la instalación pueda ser monitoreada a toda hora, independientemente de donde esté apostado el personal de servicio. Las fallas pueden ser detectadas muy tempranamente y, vía Internet, expertos pueden examinar el sistema de correa transportadora y sus equipos periféricos desde cualquier parte del mundo. Cualquier falla detectada puede ser de esta manera analizada, y también se puede volver a iniciar la instalación si es necesario. El pago por este servicio de mantención incluye componentes relacionados con el rendimiento: el nivel de éxito se mide en precio por tonelada, que está implantando una tendencia en la industria minera, y sobre la base de indicadores claves de desempeño tales como disponibilidad, confiabilidad y condición del activo. Además, Siemens y Los Pelambres han acordado un presupuesto para mantención cada año, haciéndose responsable Siemens del cumplimiento de este presupuesto.
Como los sistemas transportadores son tan caros, vale la pena contar con una solución que requiera poca mantención y que suba la cantidad de tiempo en operación. Innovadores modelos de mantención de Siemens están ayudando a sus clientes obtener más de su inversión y a evitar costos inesperados.
Norbert Becker es vicepresidente de soluciones de proceso, tecnologías mineras, Siemens AG.
