Aumente la Productividad con las Últimas Herramientas Para Excavación

La generación actual de palas y excavadoras mineras ofrece mayor potencia, velocidad y confiabilidad, pero necesitan los accesorios adecuados en la punta del balde para mantener la productividad de excavación

Por Russell A. Carter, Editor Colaborador

Las herramientas de corte (GET) son literalmente la punta de lanza de la permanente campaña de las minas para mover más material por turno, y su selección y uso es clave para resolver el desafío que enfrentan la mayoría de los operadores de minas: Ya sea pague ahora, en términos de dinero, estudio y mantenimiento, para instalar y mantener los sistemas GET que sean apropiados para la aplicación específica, o pague más tarde después de arriesgarse a que la falta de atención, las configuraciones incorrectas o la selección GET más barata no resultarán en costos más altos por el desgaste prematuro del balde, el daño por estrés a los componentes del balde o del accesorio y otros factores relacionados.

Dado el gasto asociado con la reparación o el reemplazo del balde, la decisión de encontrar y usar productos GET que puedan reforzar el rendimiento de excavación al tiempo que proporcionan una protección adecuada del balde parece una opción obvia, pero la mejor solución no siempre es fácil de identificar. La serie de opciones que involucran varias combinaciones de dientes, labios y refuerzos, sistemas de fijación soldados, apernados o sin martillo, composición y tratamiento de metales y otros detalles técnicos pueden ser confusas y, a veces, engañosas. 

Por ejemplo, los dientes de balde masivos con superficies gruesas de metal de desgaste pueden parecer efectivos y durar más tiempo, pero existe una gran posibilidad de que el peso adicional, un perfil de dientes subóptimo o incluso un sistema de fijación fastidioso puedan contribuir significativamente a mayores costos operativos y una vida útil más corta de la máquina debido a una excavación ineficiente. Bajo ciertas condiciones, un diente más pequeño y delgado con menos metal y un sistema de fijación sin preocupaciones puede desgastarse más rápido, pero proporcionar un mejor rendimiento de excavación y reducir los costos generales a lo largo de su vida útil. Y, se debe prestar especial atención al sistema de adaptadores de dientes que se está utilizando; ¿Es lo suficientemente fuerte como para resistir las constantes fuerzas de alta tensión impuestas por una gran excavadora que excava a plena potencia de la máquina?

Hay otros factores en juego que pueden afectar las decisiones relacionadas con los GET de una mina. En este momento, la demanda de metales es fuerte, pero las presiones de los costos operativos están aumentando, los trabajadores experimentados pueden ser difíciles de encontrar y los estudios recientes indican que la productividad en general está disminuyendo. Los perfiles de la ley de activos minerales existentes están disminuyendo, por lo que las minas necesitan excavar más roca para mantener la producción de metales. 

En estas condiciones, los GET pueden considerarse como insumos críticos, en opinión de Casey Springer, gerente sénior de productos mineros globales de Weir ESCO. “Las interrupciones de suministro tienen el potencial de forzar a los equipos a detenerse u operar con componentes demasiado desgastados o faltantes. Situaciones como estas pueden conducir a una disminución de la productividad, un aumento significativo en tiempos de inactividad de los equipos y en costos de mantenimiento debido a daño o desgaste en los componentes estructurales de los baldes de minería,” explicó, y sugirió algunas formas en que los proveedores y las compañías mineras pueden trabajar juntos para mitigar las posibles interrupciones de suministro, tales como:

• Estandarización de los GET en toda una flota, lo que puede reducir la cantidad de diferentes números de parte que deben almacenarse y proyectarse, permitiendo un pool exclusivo y más grande de existencias utilizado para respaldar las tasas de consumo cambiantes en múltiples equipos.

• Colaboración con proveedores en la selección óptima de componentes, utilización de materiales y prácticas de mantenimiento para lograr la máxima vida útil de los componentes GET.

• Selección de proveedores con una red global flexible de fundiciones de propiedad de la empresa para que estén mejor posicionados para responder a los cambios en la demanda del mercado.

Nuevos Roles, Nuevos Enfoques

Un estudio de 2021 realizado por Accenture en colaboración con el Foro Económico Mundial predice que el impacto de los escenarios operativos futuros, impulsados por la tecnología, los factores ESG y geopolíticos, alterará radicalmente el perfil de los roles de los trabajadores de la industria durante la próxima década en términos de sus conjuntos de habilidades, diversidad y motivación de aquellos en la fuerza laboral actual. Los roles especializados, como los operadores de equipos y las tareas repetitivas, como el procesamiento de datos, se prestan para la automatización y probablemente desaparecerán, lo que lleva a los operadores de minas a buscar nuevos enfoques para monitorear, recopilar y usar los datos de desgaste de los GET que ofrezcan el mejor uso de los recursos disponibles de una empresa. Lo más probable es que las soluciones se formulen, en gran medida, por la decisión de una mina sobre si una estrategia de mantenimiento de GET puede o debe incorporarse a su plan de mantenimiento general existente, o si se maneja de manera más eficiente como un elemento separado, tal vez por un proveedor.

Equipo Minero le solicitó a Quintin Nienaber, gerente general de Gestión de Productos de CR Mining, que comentara sobre algunos de los puntos más destacados del monitoreo y mantenimiento de los GET, y cómo pueden encajar en un plan personalizado.

Equipo Minero: ¿Cuáles son los beneficios de un sólido programa de mantenimiento de GET? 

Nienaber: Un programa sólido se asegura de que está protegiendo sus activos de excavación y asegurándose de que sus máquinas funcionen a su nivel óptimo de productividad. Para lograr eso, necesita una comprensión profunda de sus activos, sus capacidades y la vida útil esperada de todos los componentes. También debe tener una buena visión de lo que está sucediendo en cualquier momento para tomar decisiones inteligentes sobre cuándo realizar un mantenimiento. Esto suele ser a través de inspecciones visuales, prácticas de mantenimiento preventivo y, a veces, puede ser reactivo.

Debido a que estamos en las faenas mineras todas las semanas, registrando miles de puntos de datos, tenemos una sólida comprensión sobre cómo garantizar que los GET estén en su mejor condición para ofrecer una excepcional productividad y rendimiento. Por ejemplo, sabemos que cuando un diente ha estado excavando durante X horas y se ve de cierta manera, está afectando sus niveles de productividad y es hora de cambiarlo.

X-Calibre es nuestra aplicación de monitoreo de condiciones y de seguimiento y reporte de rendimiento. Con X-Calibre, nuestros representantes del sitio realizan inspecciones e ingresan los datos, comparados con sus KPIs específicos. Una vez que se realiza la inspección, el informe se completa en la aplicación y se envía, incluso antes de que salgamos del sitio. Esto significa que los responsables de tomar decisiones respecto de los equipos de mantenimiento tienen la información procesable más reciente disponible para ellos el día de la inspección. Al final del día, se trata de tener la información disponible que le permita tomar decisiones inteligentes sobre el mantenimiento.

Equipo Minero: ¿Qué es lo único que los operadores mineros deben saber para optimizar sus programas de planificación de mantenimiento?

Nienaber: En términos de mantenimiento de activos de excavación (GET y baldes), deben comprender el impacto que un activo de excavación mal mantenido puede tener en la productividad y los costos de mantenimiento. Con los GET, a veces es mejor que cambie los componentes un poco antes que tarde. Una vez que los GET sobrepasan un cierto nivel de desgaste, sus pérdidas de productividad podrían ser exponenciales. 

Equipo Minero: ¿Qué errores o pasos en falso comunes ve en la planificación del mantenimiento de los GET?

Nienaber: La falsa economía de llevar la vida útil de resistencia al desgaste de los GET al límite absoluto. Usar un diente hasta que se rompa o se desgaste por completo no es ahorrar dinero. Sí, usted saca el máximo provecho de sus $/kg, pero la cantidad de productividad perdida debido a ese diente desgastado supera con creces cualquier ahorro. Cuando las personas tienen una visión muy estrecha al tratar de hacer que un diente dure el mayor tiempo posible, se pierden el panorama general. La verdadera pregunta es: ¿cómo puedo hacer que mis máquinas sean lo más productivas posible? Y la respuesta es nunca seguir usando GET desgastado.

Equipo Minero: ¿De qué manera X-Calibre ha mejorado la planificación del mantenimiento por parte de sus clientes?

Nienaber: X-Calibre permite a nuestros representantes del sitio inspeccionar las máquinas de manera rápida, fácil y precisa y brindar a nuestros clientes información procesable en el mismo formato cada vez. Dichos informes son casi en tiempo real. Debido a que está en un dispositivo móvil, un representante del sitio puede enviar un informe tan pronto como haya terminado de inspeccionar, brindando a los sitios información operativamente accional el mismo día de la inspección. Los informes en tiempo real son importantes porque los sitios necesitan moverse rápidamente respecto de algunas decisiones de mantenimiento. Dado que los informes son todos digitales y almacenados centralmente, también podemos acceder rápidamente a ellos para el análisis de rendimiento.

Equipo Minero: ¿Cómo está cambiando la digitalización la planificación del mantenimiento? ¿Y cómo serán parte de eso los productos y servicios de CR?

Nienaber: Ahora vivimos en un mundo donde la toma de decisiones se basa en información o herramientas que son digitales de alguna manera. Estamos dando pasos significativos para conectar nuestras diversas tecnologías para que los clientes puedan saber siempre cómo están funcionando en comparación con los KPIs y cómo cada decisión afecta ese funcionamiento. Al conectar cabos entre todo lo que afecta la productividad, podemos brindar consejos personalizados que son específicos de la condición.

La visión por la que estamos trabajando aquí es eliminar por completo las conjeturas en cuanto al mantenimiento.

Comprendiendo la Excavabilidad

Un aspecto en común entre todos los proveedores de GET que Equipo Minero entrevistó es que sus clientes necesitan comprender a fondo la excavabilidad del material que están extrayendo y cómo sus características, en combinación con la capacidad de la máquina y el comportamiento del operador, pueden influir fuertemente en la selección y rendimiento de los GET. Por ejemplo, los operadores en una mina pueden usar consistentemente un ángulo de excavación agresivo para lograr la penetración deseada en escombreras, mientras que aquellos en otra mina emplean un estilo de excavación más conservador para obtener un llenado adecuado del balde. En el último caso, el desgaste de los dientes con el tiempo probablemente sería uniforme y predecible, mientras que en el primero, los dientes se desgastarán prematuramente en la parte superior. 

La mayoría de los proveedores de GET reconocen la necesidad de proporcionar a los clientes mineros soluciones prácticas con requisitos específicos de excavación y problemas localizados como éste, y por consiguiente los operadores de minas puedan elegir de una amplia selección de sistemas y componentes especializados.

Una clave para el éxito en la selección adecuada de los GET, según Casey Springer de ESCO, es la cooperación entre el proveedor y el cliente. “La estrecha colaboración entre los proveedores y las empresas mineras puede ser mutuamente beneficiosa para ambas partes. Los usuarios finales pueden beneficiarse de la experiencia del proveedor en selección de componentes, asistencia con la capacitación, uso y mantenimiento de producto de los GET,” dijo Springer. “Esto puede resultar en un uso más seguro, un mantenimiento reducido y en mayor eficiencia de los componentes GET. Recibir comentarios de los usuarios finales sobre el rendimiento, la facilidad de uso y el mantenimiento de los GET también puede ser invaluable para los proveedores. Este aporte puede ser beneficioso para la optimización actual del producto, así como para identificar los puntos débiles a abordar en el desarrollo de sistemas de la próxima generación.

“Lograr un rendimiento opcional y cumplir con los objetivos de la mina puede resultar en que los operadores de mina elijan asociarse con un proveedor con una amplia oferta de productos y uno que esté dispuesto a personalizar las configuraciones para cumplir con requisitos específicos,” continuó, utilizando como ejemplo las ofertas del sistema Nemisys GET de ESCO para una excavadora hidráulica Hitachi EX5600. “En aplicaciones extremas, el tamaño de nariz N5 sería una buena opción, con una gran cantidad de opciones disponibles para la operación para ofrecer un rendimiento óptimo. Además, los adaptadores y refuerzos intermedios XHD combinados con una punta de servicio pesado ofrecerán la mejor confiabilidad del sistema, vida útil de desgaste y mantenimiento de labios. Esta opción también cuenta con zapatas de desgaste inferiores ampliadas para proporcionar protección adicional a los miembros estructurales en la parte inferior del labio fundido para disminuir aún más el mantenimiento y prolongar la vida útil de los labios,” explicó.

“Para condiciones menos exigentes, el labio ESCO Nemisys N5 V2, que permite puntas y refuerzos Nemisys N3 más pequeños y livianos, se puede utilizar sin sacrificar la resistencia de la nariz en el labio fundido. Esta opción ahorra más de 3.500 libras sobre la configuración XHD, lo que potencialmente aumenta la carga útil funcional del balde o libera peso que luego podría reasignarse para mejorar el paquete de desgaste en áreas de elevado desgaste en el balde.”

Springer continuó señalando que, en toda la industria, la elección correcta de los sistemas de labios de los baldes mineros y los GET puede tener un impacto significativo en la productividad y eficiencia a nivel de máquina y flota, y esto es especialmente cierto para las palas de cable. “Para palas de cable más grandes, el mercado ha implementado principalmente labios estilo Whisler con adaptadores conectados mecánicamente, pero un número cada vez mayor de clientes ahora está considerando opciones integrales de labios fundidos en la nariz similares a los utilizados en excavadoras hidráulicas grandes (mayores de 350 toneladas),” dijo Springer. “Para las operaciones mineras donde un labio de fundición de nariz integral es una opción viable, el perfil del sistema más aerodinámico proporciona reducciones de peso y de energía de excavación del sistema. La combinación de la selección de labios y GET con diseños de baldes optimizados puede ofrecer factores de llenado de baldes mejorados y coincidencia de pasadas que aumentan la producción y la eficiencia general de la flota.

“Optar por un labio de fundición de nariz integral Nemisys también brinda a los clientes la capacidad de estandarizar sus GET, tanto en su pala de cable como en grandes flotas de excavadoras hidráulicas,” señaló. “Esto puede reducir significativamente el número de partes diferentes que deben almacenarse y administrarse y simplifica los requisitos de capacitación y herramientas para respaldar el mantenimiento y los cambios de GET.”

También hay preocupaciones de seguridad significativas asociadas con la selección de los GET, dijo Springer. “ESCO ha seguido invirtiendo en la optimización y refinación de sus tecnologías de bloqueo y retención. Por ejemplo, el bloqueo de seguridad Nemisys se actualizó recientemente para incluir los sellos de o-rings superiores e inferiores, los cuales ayudan a asegurar la remoción segura y fácil incluso en ambientes con finos pesados, humedad excesiva u otros factores que pueden afectar la remoción de componentes.”

Los Proveedores Amplían los Productos y Servicios de GET

Gastar una suma de siete cifras en una nueva excavadora de clase minera, la cual puede cargar baldes llenos de 60 toneladas por pasada podría desviar comprensiblemente la atención de una mina de los componentes consumibles, como los GET que pueden ser solo cientos o unos pocos miles de dólares por componente o ensamblaje, pero los costos pueden acumularse a toda prisa: el desgaste de dientes, por ejemplo, puede ser sorprendentemente rápido. Un estudio reciente en una mina de superficie europea mostró que los dientes medios de los baldes de las palas de la mina perdieron el 40% de su peso original debido al desgaste durante 117 horas de operación, mientras que otra gran operación de cobre a cielo abierto en Estados Unidos informó la necesidad de cambiar los dientes de los baldes de sus grandes palas de cable en promedio cada cuatro días. En todo el mundo, se espera que el mercado de los GET esté en el rango superior a $1.5 mil millones para 2024, y los proveedores están mejorando sus capacidades de producción y ofertas de productos.

Caterpillar está ampliando su cartera de Acuerdos de Valor para el Cliente (CVA, por sus siglas en inglés), un paquete seleccionable de acuerdos de soporte y mantenimiento que se puede adaptar para satisfacer las necesidades específicas del cliente. Entre las nuevas ofertas se encuentran los CVA de GET/Baldes que pueden incluir reconstrucciones completas de baldes, gestión de inventario, inspecciones de distribuidores en terreno con informes, servicios de eliminación e instalación y más.

Cat también tiene un gran inventario de soluciones de GET que van desde sistemas completos hasta una variedad de componentes de desgaste especializados e individuales. Recientemente introdujo el diseño GET BOHA (de media flecha empernada) para cargadores subterráneos. La empresa señaló que su principal beneficio para las operaciones subterráneas es la eliminación de la necesidad de soldar repuestos de corte en su lugar. El reemplazo de un juego de herramientas de corte soldadas puede tardar entre 20-40 horas, en promedio. BOHA tarda aproximadamente de 1 a 2 horas en reemplazarse y no requiere soldadura. Además, durante las extensas pruebas de campo antes de su introducción, Cat comparó el BOHA GET con los sistemas de soldadura y descubrió que, en algunos casos, BOHA proporcionaba el doble de vida útil que las opciones soldadas.

Cat ofrece componentes de desgaste que incluyen barras chocky, botones en una variedad de tamaños y formas, barras antivuelco, asas de desgaste, protectores de pernos y otros en composiciones de manganeso y metal laminado. La última línea de productos incluye bloques de desgaste de 6 x 8 pulgadas que cuentan con un diseño de inserción en zigzag, el cual permite el desgaste de material sobre material. Según Cat, estos evitan el desgaste de canal común en las ranuras paralelas, lo que brinda una vida útil prolongada en operaciones extremas. También están disponibles bloques de parche de desgaste de 3 x 4 pulgadas, en las que se puede aplicar soldadura obturadora en áreas estrechas, y también se pueden agrupar donde no se desean espacios entre partes. Cat también lleva bloques de desgaste trapezoidal de 11 pulgadas que pueden llenar un área cónica o escalonarse en un patrón para evitar canales en línea recta, y también cuentan con un diseño de inserción en zigzag.

El proveedor de partes de desgaste Bradken, con sede en Australia, llamó recientemente la atención sobre su línea de sistemas GET de labio fundido Eclipse, que muestra una unidad de 5.5 m (18 pies) de ancho que pesa 13,200 kg (29,100 lb) con todas las herramientas conectadas, que se había instalado hace un año en una pala de cara hidráulica que trabaja en una mina de oro en Australia Occidental.

En general, dijo la empresa, los amplios beneficios al aplicar los labios fundidos Eclipse van desde un mejor rendimiento de llenado del balde y tiempos de ciclo reducidos, hasta intervalos de mantenimiento prolongados.

Dichas ventajas se aplican a los sistemas de labio fundido bien diseñados en general, según CR Mining, la cual señala que este tipo de sistema, originalmente y en la mayoría de los casos utilizado en excavadoras en la clase de 400 toneladas y superiores, ahora puede ofrecer los mismos beneficios de diseño para máquinas más pequeñas (100-400 toneladas), así como para cargadores de ruedas. Las mejoras en el rendimiento de las excavadoras obtenidas mediante la instalación de sistemas de labio fundido, generalmente se encuentran en el rango de un solo dígito de bajo a medio, pero con el tamaño de las máquinas que se usan típicamente en la minería, esos aumentos aparentemente modestos pueden proporcionar resultados significativos. Por ejemplo, CR Mining informó que la conversión de una excavadora de menos de 400 toneladas a un sistema de labio fundido GET elimina la necesidad de componentes soldados, lo cual resulta en un 90% menos de mantenimiento y reduce los costos de una revisión general de los GET en un tercio o más.

Y en excavadoras más grandes, las pequeñas mejoras en el tiempo de ciclo, obtenidas a través de excavaciones más eficientes con forma óptima del perfil de labios y dientes GET y alineación de plano, pueden equivaler a grandes aumentos en la productividad. Según la empresa, reducir el tiempo de ciclo de una excavadora de 700 toneladas en un segundo puede mejorar la productividad de la máquina en un 1% y agregar otras 250.000 toneladas a su producción anual. Aumente el llenado del balde en 1 m³ y obtenga un 5% más de productividad que, en una máquina del mismo tamaño, resultaría en 600.000 toneladas más por año.

Minimizando la Pérdida y el Daño de los GET

Además de la pérdida de eficiencia de excavación causada por la rotura y pérdida de los GET, estos incidentes requieren atención continua de los operadores para evitar tiempos de inactividad inesperados y costosos de la máquina, debido al cambio no programado de los dientes del balde o al daño/retraso aguas abajo en el chancador debido a los fragmentos de dientes rotos en la alimentación. Como es el caso con muchas otras aplicaciones mineras, la Inteligencia Artificial (IA) tiene un papel cada vez más importante en las soluciones disponibles para las minas para monitorear y hacer un seguimiento a los componentes GET.

Un ejemplo es Motion Metrics, con sede en Canadá, ahora parte del Grupo Weir, que recientemente informó que había entregado 16 sistemas ShovelMetrics Gen 3 a una gran mina de mineral de hierro en América del Sur. El sistema basado en la visión artificial emplea cámaras resistentes de alta resolución y visualización 3D del balde, respaldada por un algoritmo avanzado de IA para monitorear y alertar a los operadores sobre la falta de dientes y problemas con refuerzos del labio, junto con la detección 3D del tamaño de partículas y la detección de bloques de mineral. La empresa dijo que ShovelMetrics interactúa con su plataforma centralizada de análisis de datos, MetricsManager Pro. Los usuarios autorizados pueden recibir notificaciones automáticas por SMS y correos electrónicos sobre los dientes extraviados, ver los registros de actividad de los equipos y monitorear el desgaste de dientes para programar el mantenimiento.

En otra mina, en la cercana región de Coquimbo en Chile, Motion Metrics informó que su solución LoaderMetrics para cargadores de ruedas ha ayudado a prevenir una pérdida significativa de producción por rotura de dientes cada año. En el transcurso de un año, la mina detectó 12 dientes de cargador faltantes y experimentó cero tiempo de inactividad del chancador, evitando una pérdida de producción anual estimada en $1.25 millones que la mina habría experimentado antes de instalar un sistema de detección de dientes faltantes.