Un operador carbonífero de Western Kentucky es el primero en aceptar un cambio escalonado en accionamientos y motores eléctricos, que rápidamente demuestra sus beneficios

Por Steve Fiscor, Editor-en-Jefe

Armstrong Coal le compró una draga antigua a una compañía minera en Colorado para reacondicionarla para su nueva mina Lewis Creek en Western Kentucky. La Bucyrus Erie 770 estaba en un estado deplorable. La tecnología eléctrica abordo tenía 50 años de edad y necesitaba ser totalmente restaurada. Ese no es problema para Armstrong Coal. La compañía hace poco reacondicionó y armó otras tres dragas para minas de los alrededores en la región. Esta vez, sin embargo, iban a tomar un riesgo medible en nueva tecnología: motores y accionamientos AC.

No lejos de allí, en Evansville, Indiana, los ingenieros de Flanders ya estaban elaborando planes para la primera adaptación AC para uso en dragas. Por muchos años, la compañía ha estado trabajando con mineras, reparando y reconstruyendo sistemas DC en dragas, ellos sabían que tenía que existir una mejor forma de hacer las cosas. Anticipando una necesidad de la tecnología, Flanders se dispuso a desarrollar un sistema dirigido específicamente al ciclo de trabajo de la draga.

La draga AC Armstrong no es la primera draga AC. Sin embargo, es la primera draga AC acondicionada operando en los EEUU—el país que tiene la mayoría de las dragas en operación. El 770 de 23-yd es una máquina pequeña, con una pluma de 215-ft, pero la tecnología es modificable. Poco después que la máquina se puso en servicio, la mina comenzó a ver resultados. También pudieron comparar su rendimiento con el de otras tres máquinas de la compañía. Aún cuando la máquina es más pequeña que las otras, comparando sus baldes, está movilizando sobre de un 50% más que las máquinas más grandes de 45-cu-yd.

Los beneficios de la tecnología AC están bien documentados en lo que respecta a seguridad y mantención sobre sistemas DC. La tecnología AC es más segura. Los grupos moto-generadores (MG) que energizan la mayoría de las dragas requieren mucha mantención. Los sistemas están abiertos y la protección es un problema de seguridad al igual que el arco eléctrico. La mantención eléctrica de los motores DC, chequeando las escobillas de carbón y probando los motores con un Megger, se centra en torno al conmutador. La AC elimina los grupos moto-generadores. Los motores AC no tienen conmutador. Los motores AC requieren menos mantención, lo que aleja a las personas del riesgo de daños. Así se elimina mucha de la constante mantención eléctrica. Hay menos equipo giratorio y sus protecciones asociadas. La desventaja es que la mayor parte de la tecnología AC de esta magnitud fue desarrollada para instalaciones industriales y aplicada a la minería. El intenso ciclo de trabajo para aplicaciones mineras a menudo pone de rodillas a estos sistemas industriales.

Flanders quería desarrollar un sistema específicamente para explotación con dragas. Hace tres años reclutaron un experto de la parte industrial del negocio. Él comenzó a enseñarles acerca de los accionamientos AC y ellos comenzaron a enseñarle acerca de ciclos de trabajo mineros. Juntos ellos desarrollaron un prototipo y luego recibieron la llamada de parte de Armstrong Coal.

Reconstruyendo la Draga Lewis Creek
La mina a cielo abierto Lewis Creek se puso en operación en Abril del 2011. La draga 770 sería usada para movilizar sobrecapa. Con topografía ondulada, la profundidad de la sobrecapa va de 30 a 160 ft. Además de la draga, la mina emplea una pequeña flota de perforadoras, cargadores frontales, camiones de extracción y buldozers, para dejar al descubierto y extraer las vetas de carbón 13A y 13B. La mina actualmente tiene una vida útil de 10 años.

La draga fue desmantelada en Colorado y transportada a Western Kentucky. Kenny Allen, vice presidente de operaciones de Armstrong Coal, que en algún momento fue ingeniero eléctrico jefe en dragas y palas, consultó a los eléctricos en la máquina y supo que tendría que tomar algunas decisiones. “Tuve alguna experiencia con dragas en el pasado, y siempre quise construir una máquina AC y esta es perfecta,” dijo Allen. “La maquinaria DC giratoria de esta draga estaba en muy malas condiciones. Cuando era nueva, no era lo mejor de lo mejor.”

Armstrong Coal se acercó a Flanders, analizando la posibilidad de gestionar adaptaciones con accionamientos AC. Ellos habían desarrollado un accionamiento prototipo. Prontamente, los ingenieros comenzaron a desarrollar motores AC para aplicaciones “en instancias” (mismo espacio, tamaño del bastidor, altura del eje, etc.) para las funciones de giro, levante y arrastre. Flanders realizó todo el trabajo de pruebas previo a la puesta en servicio por adelantado. “Hicimos pruebas con carga en el taller antes de la instalación,” dijo Mike Casson, gerente de extracción con dragas de Flanders. “También probamos el control de los sistemas. Simplemente estábamos esperando energizar la máquina. Una vez que la mina tuvo instalada la línea de 7.200 voltios, la draga estuvo lista para trabajar en ocho días.”

La Armstrong 770 comenzó a extraer material en Abril del 2011. La máquina ha estado funcionando permanentemente desde entonces, con muy alta disponibilidad. La máquina ha estado en funcionamiento menos de un año y ya está adelantada en dos meses en relación al plan de excavación. “Estamos muy, muy satisfechos con la máquina,” dijo Allen. “Ya ha sobrepasado nuestras expectativas. El tiempo de funcionamiento ha sido de lo mejor. Hemos tenido muy pocos problemas tanto con la parte eléctrica como con la parte mecánica de los accionamientos. Esto habla bien del accionamiento, especialmente de la parte mecánica, porque ellos [Flanders] fueron muy meticulosos en su diseño del accionamiento en cuanto a que esté dentro de los parámetros mecánicos de la máquina.”

Desde el lastre hasta el accionamiento, la máquina está bien equilibrada desde el punto de vista de la potencia y la velocidad, explicó Allen. “Los operadores no esperan por nada,” dijo Allen. “Cuando están cargando, levantando y girando, todo trabaja conjuntamente y las velocidades están en sincronía, lo que contribuye a tener una máquina muy productiva.”

E&MJ visitó la nueva draga Armstrong 770 a fines de Febrero. Aún cuando la región había sido azotada por fuertes tormentas la noche anterior, incluyendo algunos tornados, la draga estaba ocupada movilizando sobrecapa. El operador de dragas, Chris Hayden, está muy orgulloso de la máquina. “Esta es la mejor que tenemos,” dijo Hayden. “Es fácil de operar. No tenemos problemas. En el registro de tiempo activo, la draga está en el rango de medio a alto con un 90%. Cuando quieres que trabaje rápido, es mucho más rápida.”

Al compararla con otras máquinas Armstrong, dijo que los registros de tiempo activo para esas máquinas estaban en el rango inferior del 90%. “Todas las otras están fuera de servicio un día cada una o dos semanas para mantención,” dijo. “La 770 está fuera de servicio un día al mes. Nosotros sólo la hacemos trabajar. Estamos adelantados en dos meses a lo previsto. Mucho de eso tiene que ver con permanecer en servicio. ¡Esta máquina simplemente excava!”

“En casi 40 años de experiencia minera, la 770 es una de las máquinas menos problemáticas en las que he trabajado y su rendimiento trae grandes sonrisas a la gerencia,” dijo Gary Durham, jefe eléctrico en las minas Midway y Lewis Creek mines, Armstrong Coal.

El consumo de energía ha estado por debajo de las estimaciones originales de Armstrong Coal. La empresa minera tuvo que estimar las demandas de energía para el proveedor de energía. Allen nunca había estimado demanda para una máquina de este tipo ni nadie más de hecho. “Estamos colaborando con Flanders para entregar una estimación para la compañía eléctrica,” dijo Allen. “Fuimos conservadores y sobreproyectamos para evitar sanciones. Probablemente sobreproyectamos un poco más de lo que debimos. El factor de potencia ha sido de un 99%. Es una unidad casi todo el tiempo y eso simplemente no cambia.”

Cuando comenzamos a hablar sobre la tecnología con los ingenieros de Flanders, Allen tuvo dos preguntas. Una tenía que ver con el factor de potencia era relacionada a los armónicos. “Ellos decían que el factor de potencia no sería problema porque estarían operando en una unidad y decían, ‘Si claro’ y, bueno, lo es. Ellos también han hecho un gran trabajo al encargarse de los armónicos también.”

En cuanto a los costos, Allen coincide con Flanders en que esta tecnología es ideal para hacer adaptaciones. “Tenemos otras tres dragas y están trabajando bien,” dijo Allen. “No las sacaría de servicio y haría la adaptación. No sería rentable. Cualquiera que considere hacer una reconstrucción mayor debiera echarle un vistazo a este sistema AC. Yo lo haría otra vez si tuviera la oportunidad.”

Adaptando un Conjunto AC
Cuando Armstrong se acercó a conversar con ellos, Flanders ya había desarrollado un sistema para dragas AC que estaba completo en un 80%, pero la empresa no lo había llevado al mercado. “Todo en la 770 estaba obsoleto y desgastado,” dijo Casson. “Así que necesitaba un paquete eléctrico completamente nuevo. Era candidata ideal para usar AC en lugar de DC.” Como lo mencionó Allen, es más rentable cuando se parte de cero, y los beneficios del sistema AC reditúan rápidamente.

Los motores AC fueron diseñados para entregar más caballos de fuerza. La mayoría de los formatos verían un aumento del 30% de potencia. “Lo diseñamos como un reemplazo mecánico inmediato,” dijo Casson. “Tendría el mismo patrón de pernos, espacio ocupado, altura de eje, y los ejes cónicos. El formato teniendo las dimensiones estándar de la Association Iron & Steel Engineers.” Es un sustituto con el mismo rango de velocidad, así que no se requiere ningún cambio de engranajes.

El sistema de accionamiento AC fue diseñado específicamente para una draga. “Este no es un accionamiento comercial que está siendo aplicado a un ambiente minero,” dijo Bob Parke, ingeniero senior de terreno de Flanders. “Fue diseñado para la máquina. Elegimos ir con una configuración enfriada con agua. Sentimos que era una obvia mejor opción debido a la mayor eficiencia. El sistema puede sacar el calor de los accionamientos y de la cámara, pero lo que es más importante, ahora los gabinetes están sellados. ” Sin enfriamiento de aire, no hay filtros que cambiar ni polvo en el gabinete. Además, todo a lo que tiene acceso el técnico en la parte delantera del accionamiento tiene 24 voltios, lo que produce cero arco eléctrico.

Flanders también optó por una aplicación de inferior voltaje. Normalmente un accionamiento AC tiene 700 o bien 1.400 voltios. “Elegimos ir con 690 voltios para permanecer por debajo del umbral de los 1.000 voltios,” dijo Casson. “En muchos países, el umbral de los 1.000 voltios gatilla una serie de diferentes severas regulaciones de seguridad.”

Ya en el 2008, Flanders estaba considerando el concepto. “Queríamos construir un sistema para dragas AC,” dijo Casson. “Examinamos otros accionamientos del mercado que pudiéramos utilizar para esta aplicación. En nuestra opinión, ninguno de ellos era el accionamiento correcto para una draga. Así que reclutamos gente para desarrollar el sistema de accionamiento específicamente para una aplicación en dragas.”

El sistema de accionamiento AC está diseñado para 175.000 horas. Normalmente un grupo MG dura alrededor de 20 años. “Algunos dirían que el accionamiento está sobredimensionado, pero nosotros decimos que está bien dimensionado para el medioambiente,” dijo Casson. “Una draga es una inversión de largo plazo y nosotros queremos que el sistema de accionamiento sea una pieza de equipo de largo plazo.”

El ambiente de operación de una draga AC es mucho más limpio que en una DC. La falta de escobillas de carbón (sin polvo de carbón) y de aceite del cojinete del pedestal elimina el riesgo de arco con chispas. Los gabinetes de accionamiento no tienen arco eléctrico. Con un grupo MG en aplicación DC, siempre hay una gran posibilidad de ocurrencia de arco eléctrico. Si los grupos MG están fuera de servicio por un periodo prolongado, tienen que ser hay que reemplazarlos para lubricar los cojinetes.

Los sistemas AC trabajan más silenciosamente. El ruido ambiental para un grupo MG fijado en un draga clase 1570/8200 va de 90 a 96 dBa, según Parke. “El ruido es acumulativo y más fuentes generan niveles de ruido más altos,” dijo Parke. “Cuando los grupos MG son eliminados, también se eliminar esas fuentes de ruido. Los intercambiadores de calor para los accionamientos enfriados con agua están localizados en la parte de afuera de la cámara y, habiendo eliminado el calor de la cámara, se puede reducir el número de ventiladores de admisión. O bien se pueden poner en un VFD, lo que los desacelera—ahorros de energía y menos ruido.”

Un sistema AC es mucho más eficiente. “Un sistema C típico con un grupo MG en un lazo Ward Leonard tiene alrededor de un 80% a un 83% de eficiencia,” dijo Casson. “El accionamiento delantero activo tiene entre un 92% y un 93% de eficiencia. Así la mina vería importantes ahorros en sus costos de operación, en lo referente a consumo de electricidad.”

Otra cosa que se podría considerar es la utilización de dragas. Cuando una draga no está trabajando, ya sea por un cambio de turno o para lubricar un balde, una máquina del tamaño de la 1570 va a consumir 1 mw ó más de energía con los grupo MG inactivos. El sistema de accionamiento AC prácticamente no consume energía cuando al máquina no está en operación.

Otra ventaja adicional es un menor diámetro en el cable de remolque. Normalmente, el cable de remolque de una draga se clasifica según el tamaño para hacer partir los grupos MG. “Actualmente está sobredimensionado para la energía que se necesita para operar la máquina,” dijo Parke. “Con los accionamientos estáticos AC, no hay el sobrevoltaje de electricidad como lo hay al hacer partir un grupo MG. No es una inmensa diferencia, pero se puede usar un cable más pequeño.” Es más fácil de manipular, aminorando la posibilidad de lesiones en la espalda.

Avances en la Tecnología de Accionamiento
Con todos estos beneficios, una de las primeras preguntas sería: ¿Cómo es que el negocio minero perdió la oportunidad? La respuesta es: No lo hizo. La mayoría de las dragas fueron construidas 20 o 30 años atrás con una vida útil de 15 a 20 años. Durante ese mismo periodo, la tecnología progresó y mejoró. De hecho, muchos de los cambios han ocurrido en los últimos 10 años.

Antes la tecnología de accionamientos AC no podía funcionar apropiadamente en una draga como esta antes de la llegada del accionamiento delantero activo. “El control orientado al terreno con el elemento delantero activo pueden controlar el factor de potencia de la máquina igual que un motor sincrónico,” dijo Casson. “Los armónicos pueden ser reducidos a prácticamente nada. El sistema de accionamiento opera muy por debajo de las normas IEEE 519.”

La draga es una aplicación compleja debido a su carguío cíclico. Este va de un 200% de carga a ausencia de carga o “regen” cada 60 segundos. Los sistemas AC anteriores normalmente no podían manejar las variaciones de voltaje y el carguío cíclico.

Este sistema puede ser ajustado a cualquier tamaño de draga, explicó Casson. “Sólo es cosa de paralelizar los módulos,” dijo Casson. “Para diseñarlos, usamos el mismo módulo frontal activo y el inversor. Es un módulo idéntico intercambiable—un módulo de repuesto. Para una típica aplicación en levante, un formato 824 se reemplaza con un motor AC 1024. Tiene la misma altura de eje, mismo formato y ocupa el mismo espacio. Ese es un motor de inducción de 1.900-hp remplazando un sistema DC de 1.300-hp. Se necesitan12 módulos en paralelo para que el lado del inversor ponga a funcionar el 1024. Un motor más pequeño puede requerir nueve módulos. Todos son módulos monofásicos, así que siempre hay tres en un grupo. Así pondría a funcionar tres, seis, nueve o 12.” Como los módulos y los sistemas de accionamiento son digitales con monitoreo de funcionamiento integral y diagnósticos incorporados, no hay que resolver muchos problemas porque el sistema le dice al operador donde se localiza la falla.

Cada módulo ha sido diseñado pensando en un técnico de mantención. El módulo tiene cuatro conexiones: Una conexión eléctrica AC, las conexiones DC positiva y negativa, y un perno de bloqueo mecánico. Cada uno usa un perno de ¾”. El módulo entra deslizándose sobre clavijas cónicas y el perno de bloque lo sujeta en su lugar. El técnico saca cuatro pernos y un pequeño cable de comunicaciones con tornillos de apriete y el módulo sale. Pesa 50 lb. “Un hombre con una llave de ¾” puede cambiar el módulo en menos de 3 minutos,” dijo Casson. “No se requieren grúas ni levantar elementos pesados.”

Encontrando la Solución
Para liderar el proyecto Draga AC, Flanders reclutó y contrató a Stan Mann, gerente de proyectos técnicos de Flanders, hace tres años. Él había estado trabajando con accionamientos AC en aplicaciones industriales no relacionadas a la minería. Él visualiza esa experiencia como una ventaja porque era imparcial al momento de abordar la situación. “Pasamos mucho tiempo tratando de cambiar el tradicional entendimiento de un motor DC y su categorización, y lo que hace comparado a lo que hace un motor AC,” dijo Mann. “De cierta forma son lo mismo y también son muy diferentes.”

Él visualiza la adaptación de Armstrong como un exitoso comienzo. “Esta es la primera adaptación AC para draga que equivalió a dos motores cada uno para levante y arrastre, y tres para giro,” dijo Mann. “Es una aplicación con movimiento múltiple del motor y fuimos capaces de validar muchas de nuestra estrategias de control con motores paralelos en los mismo movimientos.”

Las estructuras de las dragas están diseñadas por torques y fuerzas máximas. “Los motores DC tienen una fuerza máxima y para todos es sagrado no sobrepasarla,” dijo Mann. “También hay peculiaridades de la caja de velocidades. Al aumentar la velocidad, el torque en la caja de velocidades se debe reducir para no tener problemas. Así tenemos estas curvas límite, que son esquemas x-y de corriente y velocidad para motores DC [amperios y voltios]. Es el clásico análisis del rendimiento de la máquina para llevar los datos del motor a movimiento y observar cómo interactúa. Les dice si una máquina está dentro o fuera de sus límites o si los lazos de motor-generador son estables o inestables.” Esta es la forma en que el negocio minero aprendió cómo hacer esto durante los últimos 90 años, explicó Mann, y todos están realmente cómodos con aquello.

Ahora el AC ha sido introducido, y ya no funciona así. “En lugar de amperios y voltios, estamos hablando de torque y frecuencia o velocidad,” dijo Mann. “Así que ahora tenemos que traducir todo este conocimiento en lo que realmente queremos tener cuando estamos controlando torque y velocidad en lugar de amperios y voltios. Eso tardó un año.”

Luego Mann comenzó el proceso de identificar los requerimientos del motor AC. Visitó algunas dragas. Parke y Casson le enseñaron acerca de dragas. Luego Mann les dijo lo que los motores AC pueden y no pueden hacer. Luego trabajaron juntos para calcular las especificaciones en términos de Newton-metros y RPMs en lugar de amperios y voltios. “Eso tomó algún tiempo—eso y entender los perfiles de potencia de las máquinas,” dijo Mann.

El uso de esta tecnología permite oportunidades para hacer más cosas en forma diferente, explicó Mann. “No hemos hecho eso todavía,” dijo Mann. “Hemos seguido los mismo perfiles de las máquinas DC clásicas. Hemos programado a los accionamientos para que entreguen el mismo perfil porque cada uno está seguro con eso. Pero, ya tenemos gente preguntando acerca de aumentar las velocidades. La curva de máximo torque a máxima velocidad es lineal. Pero la curva para una caja de velocidades es una función parabólica. Así que ¿por qué no aumentamos la velocidad de esa forma? Los motores DC solían tener problemas de conmutación en los límites superiores debido a la ocurrencia de corriente alta y velocidad alta al mismo tiempo. El motor AC no tiene esos problemas.” Es posible hacer más mejoramientos al rendimiento, pero pondrá más solicitaciones sobre la máquina. Teóricamente está dentro de los límites del rendimiento de la máquina.

Dentro de un año Mann tuvo un prototipo operacional. “Luego dimos inicio el plan de producción real con los detalles de las necesidades de la industria que detectamos,” dijo Mann. “Tenemos que construir un buen motor. Tenemos que contar con un accionamiento que produzca los torques y velocidades y los perfiles que necesitamos. Pero, lo que es realmente importante es que la máquina tenga confiabilidad. El tiempo de actividad tiene que ser bastante y debe ser fácil de mantener. Si la draga no está funcionando, a la mina le cuesta una fortuna.” Eso es lo que Mann aprendió en las minas.

Uno de los mayores cambios fue el enfriamiento de agua, según Mann. “Nos llevó un largo tiempo convencer a la gente que no había problema con hacer circular agua y electricidad en el mismo gabinete,” dijo Mann. “Cuando se dieron cuenta que el resto del mundo hace esto a estos niveles de energía, decidieron que estaría bien”

El reacondicionamiento Armstrong fue una gran oportunidad. “Hemos construido un sistema de acuerdo a sus especificaciones para que se adapte a su aplicación, luego lo probamos e instalamos,” dijo Mann. “Dentro de dos semanas de puesta en servicio, lo tenían funcionando a todo lo que da. El equipo de alimentación principal funcionó bien. Tuvimos algunos problemas técnicos en la puesta en marcha con los motores y acoplamientos, y con los codificadores (sensores de posición del eje).” Las fallas normales que se encuentran en un reacondicionamiento.

El cableado fue dificultoso. “El sistema ya no requiere cables de un sólo conductor hacia el motor,” dijo Mann. “AC necesita un cable blindado trifásico con puesta tierra optimizado para aplicaciones con VFD. Estos tipos de cables son difíciles de encontrar a estos niveles de potencia, especialmente si la mina quiere tener blindaje metálico. Nosotros usamos un cable blindado de aluminio soldado, pero sólo lo pudimos comprar con entramado Clase B, que es realmente rígido, dificultando la instalación. Existe una controversia en la industria ahora mismo acerca de los cables metálicos blindados cuando se trata de aplicaciones VFD. El blindaje de acero es la tradición, pero los fabricantes ya no haciéndolos así. El cable sin forro metálico es mucho más flexible y simplifica enormemente la instalación en áreas estrechas.

“En cuanto a la mantención, un motor AC puede tener una falla a tierra o un cojinete malo. El sistema de accionamiento podría tener una falla de componente o una falla a tierra en cualquier parte del sistema de cableado,” dijo Mann. “Una falla de componente genera una falla inmediata con una respuesta obvia. Estas son fáciles de solucionar  y remplazar y simplemente no hay tantas partes.”

El control máquina está basado en el sistema de control PLC. “Lo único que tienen que hacer es modificar el algoritmo de control para determinar el rendimiento de la máquina,” dijo Mann. “Ellos programan la velocidad y la referencia de torque. Pueden modificar el perfil. El producto accionamiento es una máquina tonta. Lo único que se necesita del control máquina es un comando de velocidad y una referencia de torque. Dame tanto torque y no sobrepases esta velocidad. Toda la inteligencia en lo referente a monitoreo e interacción con los usuarios proviene de los PLC. Toda la inteligencia variable es expulsada hacia el ‘machine master’. El accionamiento es el gran amplificador de potencia.”

Todos sabían que esta tecnología venía, explicó Mann, pero Flanders tuvo la visión de salir a su encuentro. “Todos están de acuerdo en que es mejor,” dijo Mann. “El control del factor de potencia en el extremo final es mucho mejor.”

Diseñando el Motor de Reemplazo Inmediato
Los motores AC fueron diseñados para “sustituir” la misma configuración que la de los motores DC. En un motor DC, el bastidor grande y pesado es parte del circuito magnético. Básicamente, los motores DC se deslizan hacia afuera y los motores AC hacia adentro, luego los frenos y coplones se vuelven a conectar sin necesidad de cambiar la caja de velocidades. Cuando se instala el motor AC, ese bastidor simplemente se vuelve una carcasa de acero de 1 ½” que mantiene unido al motor. En algunas aplicaciones, el motor AC normalmente usa el estator para soporte estructural, pero la plataforma de una draga no es sólida. Eso pone una solicitación en los cojinetes. Este concepto usa los mismos cojinetes y el bastidor, y este último agrega una gran cantidad de rigidez.

Joe Patterson, director de fabricación de motores de Flanders, fue responsable por el diseño y la fabricación de los motores AC sustitutos. Él tuvo que lidiar con las limitaciones en torno al espacio ocupado, alturas de ejes, acoplamientos, cojinetes, etc. existentes. El desafío más grande fue asegurarse que el límite de rendimiento de los motores AC no sólo igualara, sino que sobrepasara al de los motores DC existentes. Él fue capaz de cumplir esto al tener un entendimiento realmente bueno de lo que son los ciclos de levante, giro y arrastre para los motores DC. “Simplemente igualar las placas de identificación no es lo suficientemente bueno para la aplicación de una draga,” dijo Joe Patterson. “Hay que entender la aplicación y el ciclo de carga para igualarlo apropiadamente.”

A pesar que el concepto de adaptación de draga AC había sido discutido por muchos años, el diseño y la fabricación tuvieron lugar en un periodo de tiempo realmente corto de principio a fin (cinco meses). En una draga normal, habría sido de 10 a 12 meses.

Reafirmando los beneficios de la tecnología AC, Joe Patterson explicó que la mina debiera esperar importantes ganancias en eficiencia. “Nosotros esperaríamos alrededor de un 12% pasando desde los motores y generadores hasta los accionamientos de frecuencia variable,” dijo Joe Patterson. “En cuanto al consumo de energía, se elimina el sobrevoltaje interno de energía para los motores sincrónicos. Ese fue un 600% del torque de partida y con un VFD eso no es necesario y así el cable de remolque puede ser reducido.”

El plazo le preocupaba más acerca del proyecto. “Realmente teníamos que hacerlo bien la primera vez,” dijo Joe Patterson. “No nos salimos demasiado del camino, al menos nunca hasta el punto en que nuestro curso no fuera el correcto.”

Nadie había intentado poner un motor AC en un bastidor DC. El flujo de aire alrededor del motor y el enfriamiento fueron una enorme preocupación. “Teníamos que asegurarnos que estábamos obteniendo suficiente aire sobre las piezas correctas,” dijo Joe Patterson. “Los motores AC y DC son enfriados en forma diferente. La armadura en el motor DC se calentará en forma muy diferente a un rotor, que es la pieza que gira en el motor AC. En estos motores, es más importante enfriar el estator que el rotor, pero de todas maneras hay que dirigir un poco de aire hacia el rotor.”

Quedó muy satisfecho con el proceso de puesta en servicio. “Cuando se hace algo que no se había hecho antes, se tiende a esperar un contratiempo, pero esto progresó en ocho días, que casi el mismo periodo de puesta en servicio de una adaptación DC,” dijo Joe Patterson. Siempre hay lugar para el mejoramiento, explicó, y hay algunos accesorios que pudieron haber mejorado sise les hubiera dado más tiempo.

Un Compromiso con la Seguridad y la Eficiencia
Flanders se comprometió a desarrollar y construir este sistema antes de tener un cliente. Esa es una apuesta que incomodaría a muchas empresas públicas, pero Flanders es una empresa privada. La familia Patterson ha venido liderando la organización por tres generaciones.

Allen Patterson, COO de Flanders (e ingeniero eléctrico), ha estado con Flanders por 14 años. “Alrededor de 18 meses atrás, reorganizamos la compañía en dos unidades de negocios, una que se enfoca en reparación de motores post-venta y la otra es la unidad de negocios de sistemas de potencia, que diseña productos y fabrica sistemas centrados en la optimización de activos y mejoramiento de la seguridad,” dijo Allen Patterson. “Esperábamos desarrollar soluciones innovadoras para la minería y la industria pesada y ser capaces de hacer crecer a nuestra gente y nuestro negocio en áreas más específicas.” Él es el líder del grupo sistemas de potencia y el responsable por la gente que trabaja en el proyecto Armstrong.

Flanders ha estado sirviendo a la actividad minera por más de 50 años. Ellos ahora están experimentando más demanda desde el extranjero. “Partimos principalmente como un prestador de servicios de reparación de motores bobinados en palas de desmonte,” dijo Allen Patterson. “Escuchar a los clientes ha sido la clave para nuestro éxito en la minería. También tenemos un buen entendimiento de la aplicación y del ciclo de trabajo, y de cómo este afecta la estructura mecánica de la máquina. En lugar de tener un producto estándar que integramos en varias áreas, tenemos soluciones de diseño específicas para cada aplicación.

“En cuanto a la draga AC, tomamos la decisión de entrar a esa área hace como tres años atrás,” dijo Allen Patterson. “No existía un accionamiento allá afuera que resistiera los rigores.”

Mirando a futuro, Patterson ve más posibles usos para esta tecnología, tales como accionamientos auxiliares y actualizaciones del movimiento de giro. “Podemos coordinar el sistema de accionamiento de forma que podamos eliminar algunos de los problemas mecánicos tales como el contragolpe,” dijo Allen Patterson. “también hay más oportunidades para aplicaciones autónomas.”

El sistema AC Flanders para extracción con dragas es un cambio cualitativo en la tecnología. Los sistemas DC no van a desaparecer tan pronto. Cada vez que en una mina se reubique una pieza de maquinaria energizada eléctricamente, es el momento ideal para considerar una adaptación AC. ¿Por qué una mina invertiría una importante cantidad de dinero para reconstruir maquinaria DC en proceso de obsolescencia, cuando podría emplear ese dinero para tecnología AC? Además de una seguridad mejorada, el AC presenta una rentabilidad bastante buena, con ahorros de energía y menores costos de mantención.

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