La más reciente línea incluye una opción de accionamiento eléctrico y motores con más caballos de fuerza para los accionamientos mecánicos

Por Steve Fiscor, Editor-en-Jefe

A pesar de los muchos cambios en toda la compañía anunciados por Caterpillar el otoño pasado para re-alinear su negocio, CAT sigue avanzando a pasos agigantados con los nuevos camiones mineros grandes exhibidos el otoño del 2008. De hecho, el programa de USD 200 millones en camiones serie F representa la mayor inversión en tecnología de la compañía. Hoy en día, los camiones CAT de accionamiento mecánico 793F y 707F, y el camión eléctrico 795F AC están logrando hitos.

“Nuestra inversión en el camión serie F es monumental, incluso para CAT,” dijo Al Frese, gerente de soporte de producto, CAT Global Mining. “Nunca antes habíamos actualizado una línea completa de camiones en un periodo tan corto de tiempo y aportado tanto valor a los clientes. Al mismo tiempo, tampoco no hemos quitado nuestra atención a la tecnología. Nuestra meta es ser la empresa líder en tecnología minera.”

Los modelos 793F y 797F a la fecha han acumulado más de 75.000 horas de pruebas en terreno, y han probado sus capacidades de desempeño y su durabilidad. El nuevo motor CAT C175 que los acciona, ha acumulado 130.000 horas de pruebas en terreno en camiones mineros, y más de 120.000 horas en sistemas de potencia. También cumple con los estándares para emisiones Tier 2 de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA). Debido al éxito de estos programas con seguimiento en terreno, se proyecta que el 793F entre en plena producción dentro de algunos meses y el 797F más adelante este año.

Los ingenieros de Caterpillar han estado probando dos prototipos 795F AC, incluyendo el camión mostrado en MINExpo, en los Terrenos de Prueba de Tucson. El 795F AC con capacidad para 345 toneladas (313 toneladas métricas) introducirá una nueva clase de tamaño para CAT, y, como resultado, el foco principal del programa eléctrico AC de la compañía ha estado en el 795F AC. La fecha del lanzamiento comercial será definida mientras avanza en programa de seguimiento en terreno.

El C175 promete una mayor vida útil entre reacondicionamientos, menores niveles de sonido, mayor capacidad para la altitud y un consumo de combustible mejorado en comparación con los motores Serie 3500 que reemplaza.

La compañía cree que los camiones mineros de accionamiento mecánico van a satisfacer las necesidades de la gran mayoría de las operaciones mineras. Pero como el único fabricante de camiones mineros de 200 toneladas (181-tm ) y más, con sistemas de accionamiento tanto eléctrico como mecánico, CAT pronto será capaz de ofrecer camiones que atiendan todas las preferencias de la empresa minera.

Estrategia de Desarrollo de Camiones Mineros
CAT ha aprendido mucho acerca de camiones mineros a través de los años. Desde 1975, la compañía ha construido más de 20.000 de ellos. “Cuando decidimos lanzar esta siguiente generación de camiones cuatro o cinco años atrás, visitamos a más de 100 clientes en todo el mundo,” dijo David Rea, gerente mundial de marketing-camiones mineros, CAT Global Mining. “Nos sentamos a conversar con una amplia variedad de clientes—personal de mantención, gerentes de operación, superintendentes de producción, gerentes de adquisiciones—para entender sus necesidades.”

En 2002, CAT anunció la serie 797B, que cumplía con la norma Tier 1 con mejoramientos en mantenimiento y en el frenado. La potencia del camión se aumentó hasta 3.500 hp y la velocidad máxima aumentó hasta 42 mph. Siete años más tarde (2009), el 797F tiene un nuevo motor diesel C175 de 20 cilindros y 4.000-hp. La velocidad máxima quedó igual.

Mientras admite sin problemas que está muy contento con los 797 serie F, Rea explicó que CAT ya está trabajando en la siguiente generación de 797. “EPA nos ha fijado el año 2015 como objetivo para cumplir con el estándar Tier 4 Final sobre emisiones que intentamos conseguir,” dijo Rea. Desde el debut de los 797 en 1998, CAT ha vendido cerca de 500 unidades.

La serie D fue la más última modernización anunciada para el CAT 793 en el 2004. Igualmente tenía un motor que cumplía con Tier 1. La potencia en el camión fue aumentada a 2.415 hp, lo que llevó la velocidad máxima hasta 34 mph. El modelo CAT 793F posee un motor C175 de 2.650-hp de 16 cilindros, y muchas de las mismas características incluidas en el 797F.  Tiene una velocidad máxima de 37 mph. Igualmente, CAT ya está trabajando en la próxima generación 793. Desde la introducción del camión CAT 793 en 1991, se han vendido más de 3.000 unidades.

“Nos planteamos algunos objetivos muy osados para extender la vida útil de los componentes, lograr una mayor eficiencia del combustible, y productividad adicional,” dijo Rea. “En 1991, cuando lanzamos el 793, el estándar de comparación era 6.000 horas SMU por año. Hoy en día, 6.000 horas no es de clase mundial. Tenemos clientes que ahora apuntan a 7.200 horas.”

Muchas compañías mineras han fijado una meta de seguridad de cero incidentes, y CAT se ha comprometido a ayudarlas a lograr esta meta. Muchos de los cambios y modificaciones a los camiones de la serie F se asemejan a la lista de 15 prioridades fijada por la Mesa Redonda de Seguridad de Equipos de Movimiento de Tierra (EMESRT), una iniciativa conjunta de seguridad entre compañías mineras y fabricantes de equipos para llevar la seguridad a niveles más altos.

Cuando se compara la capacidad de carga útil de los camiones (Ver Figura 1), existe una diferencia obvia entre el CAT 797 y el CAT 793. “Con el 797, dimos un paso significativo en la capacidad de acarreo de un camión minero,” dijo Rea. “Hemos llenado ese vacío con el camión eléctrico AC 795.”

CAT no está abandonando a los camiones de accionamiento mecánico en favor de los sistemas eléctricos. El accionamiento mecánico aún proporciona una eficiencia superior del tren de accionamiento, explicó Rea. “Incluso con el nuevo camión CAT con accionamiento AC y todos los nuevos avances, los camiones con accionamiento mecánico aún brindan la mayor eficiencia del tren de potencia, lo que significa menos energía para desplazarse a la misma velocidad o a velocidades mayores con la misma cantidad de energía. La mayor eficiencia también se traduce en menor combustible consumido.”

Generalmente, los camiones mecánicos y eléctricos CAT son muy similares, pues tienen los mismos neumáticos, mandos finales, etc., a excepción de la caja inversora grande y la rejilla de retardo. Estas características hacen que el camión 793F AC sea alrededor de 10 toneladas más pesado que el 793F, que tiene 10 toneladas menos de carga útil.

Los componentes del accionamiento eléctrico también son más caros. “Con el avance de los componentes de accionamiento AC, estos brindan una mayor eficiencia del tren de potencia—no tanto como los trenes de potencia mecánicos—pero ciertamente mejores que los DC y estos son definitivamente más caros,” dijo Rea.

Accionamiento Eléctrico… ¿Por Qué Ahora?
Consultado acerca de por qué CAT está desarrollando un camión con accionamiento eléctrico después de explicar las ventajas de un tren de potencia mecánico, Rea preguntó de forma retórica: ¿por qué no? “Nosotros escuchamos a nuestros clientes y algunos querían un camión minero con accionamiento AC apoyado por la mejor red de distribuidores de la industria,” dijo Rea. “Los nuevos camiones con accionamiento AC son un complemento a la línea de productos existente de CAT. Estamos firmemente comprometidos con los camiones de accionamiento mecánico hoy en día y lo seguiremos estando por mucho tiempo.”

Los camiones AC tienen algunas ventajas de rendimiento específicas. La velocidad máxima en superficie plana es mayor que la de un accionamiento mecánico (40 mph vs. 35 mph). La realidad, sin embargo, es que la mayoría de las minas tiene un límite de velocidad fijado que es menor que la máxima velocidad de ambos tipos de camión.

Un accionamiento AC tiene una mayor velocidad de retardo. Viajando completamente cargados cerro abajo por una distancia larga, un camión con accionamiento eléctrico tendrá una ventaja por sobre un camión de accionamiento mecánico. “Nuestra investigación muestra que esas aplicaciones cargadas cerro abajo usualmente ocurren en las montañas con nieve, lluvia y mala visibilidad,” dijo Rea. “Las faenas mineras son incapaces de aprovechar las capacidades de rendimiento publicitadas. De hecho, hemos descubierto que es todo lo contrario. Como un camión de accionamiento mecánico tiene un frenado en las cuatro esquinas, frenos de disco enfriados con aceite y control de tracción, los mineros están más cómodos viajando a mayores velocidades completamente cargados cerro abajo.

“No obstante, los clientes nos han pedido un camión con accionamiento eléctrico, y creemos que hay algunas aplicaciones únicas donde este brindará una ventaja en términos de costo por tonelada,” dijo Rea.

En vez de asociarse con un proveedor de accionamientos AC, CAT decidió desarrollar su propio sistema AC integrado. El alternador diseñado por CAT es tecnología desarrollada a partir del rubro de generación de energía de la compañía, cuya capacidad se centra en los alternadores. Para el inversor de corriente, sin embargo, CAT contactó a Mitsubishi, que es el mayor proveedor de inversores. “CAT había tenido una relación comercial con Mitsubishi hace 25 años,” dijo Rea. “El inversor será pintado de amarillo y tendrá soporte CAT.”

Existen algunas diferencias obvias entre el sistema de CAT y los sistemas de la competencia. Probablemente lo más destacado es la rejilla de retardo. El estándar de la industria es una caja grande alojada en frente a la cabina. CAT está usando un diseño radial. Descubrieron que tenían mayor eficiencia. Podían ahorrar peso y funciona más silenciosamente. Aquellos que esperaban oír el chillido de las rejillas de retardo, estarán gratamente sorprendidos de ver cómo CAT ha modificado el aro de refuerzo y las rejillas de ventilación reduciendo el sonido.

En camiones de la competencia, el alternador está conectado al motor. “Aquello nos creó dos problemas,” dijo Rea. “La ubicación hacia adelante cambió el equilibrio del peso hacia el frente. La distribución del eje para cualquier camión cuando está totalmente cargado debiera tener 1/3 del peso en el eje delantero y el resto en el eje trasero. Si el alternador es instalado aún más adelante, es extremadamente difícil lograr ese soporte de carga ideal. Se termina con el eje delantero sobrecargado, lo que causa inconvenientes con los neumáticos y la maniobrabilidad. Al cambiarlo a la parte de atrás, hemos podido lograr ese equilibrio óptimo del peso.”

Además, al separar ambos se ha mejorado la funcionalidad del camión. La expectativa estándar para la vida útil de los componentes es de alrededor de 30.000 horas para un alternador y 20.000 horas para un motor. “Esto varía en base a los factores de carga, pero es raro que el alternador tenga la misma vida útil que el motor,” dijo Rea. “Si están conectados, se deben sacar ambos para hacerle mantenimiento a uno o al otro.”

Los motores de rueda fueron diseñados y construidos de acuerdo a las especificaciones de CAT y vienen integrados a los camiones de accionamiento eléctrico. Están montados al eje trasero, lo que mejora la funcionalidad. “Tenemos un mando final de alta velocidad completamente nuevo que usa una corona dentada, lo que brinda una mayor vida útil a los mando finales,” dijo Rea.

El sistema de enfriamiento para la unidad motriz es accionado hidráulicamente. “Este será un enfriamiento dependiente de la demanda,” dijo Rea. “En aplicaciones en el ártico o el días más fríos, este reduce la carga parásita.” CAT está usando su tecnología de frenos de disco enfriados con aceite en las cuatro esquinas en el modelo 795F AC.

Otros Mejoramientos a la Serie F
Además del motor nuevo, los camiones CAT 797F y CAT 793 ofrecen estaciones de rediseñadas para el operador, sistemas para tolva a la medida; puntos de servicio a nivel del suelo, e intervalos de mantenimiento de filtros hidráulicos de 1.000 horas. Los mejoramientos en seguridad incluyen pasillos más anchos, una escala para acceso trasero y una caja de cierre y etiquetado de tres vías montada en el parachoques.

En el CAT 797F, el motor ACERT C175-20 tiene un bloque de motor sencillo y es el corazón del nuevo camión. Este desplaza 5,3 litros (323 in3) por cilindro—para un desplazamiento total de 106 litros (6.458 in3). En el CAT 793F, el motor diesel C175-16 desplaza 5,3 litros (323 in3) por cilindro—para un desplazamiento total de 85 litros (5.187 in3). El C175-16, con un aumento de torque del 20%, permite al 793F subir pendientes empinadas a velocidades productivas y franquear malas condiciones del suelo en forma efectiva. El sistema de enfriamiento controlado electrónicamente incorpora un radiador Mesabi que presenta un diseño de núcleo flexible que es extremadamente durable y de fácil mantenimiento.

En ambos camiones, un diseño de motor de flujo transversal utiliza cuatro turbocompresores, un post-enfriador aire-aire y un sistema de combustible de conducto común controlado electrónicamente, que entrega en forma precisa múltiples inyecciones en una sola combustión. Estos sistemas controlados electrónicamente son responsables de mucha de la alta densidad de potencia y bajas emisiones, y contribuyen a la eficiencia en combustible y al buen rendimiento del 797F. Al aumentar el nivel de los turbos en el C175, ahora estos están por encima de las líneas de combustible y las líneas hidráulicas. “En el evento que se rompa una línea, no hay posibilidad de que ese fluido entre al turbo,” dijo Rea.

El Sistema de Gestión de Información Vital (VIMS) proporciona datos de la condición y la carga útil de la máquina, además de un fácil acceso a información del diagnóstico y de la gestión de la máquina. “Tenemos una cabina común para 793F, el 795F, y el 797F,” dijo Rea. “Moviendo el VIMS a la derecha, CAT ha aumentado la cantidad de vidrio en la cabina en un 40%, lo cual mejoró la visibilidad en un 15%.”

Un panel de instrumentos angulado montado en el centro y una consola central son las características predominantes en la nueva cabina. “En generaciones anteriores, el operador se agachaba hacia el lado izquierdo y tiraba de un interruptor para levantar y bajar la tolva,” dijo Rea. “Ahora tenemos un control de levante electrónico posicionado en la consola central en un ángulo de 45º junto con la palanca de cambios. También eliminamos el interruptor del freno de estacionamiento.”

“En el pasado, cuando el operador estacionaba el camión, tenía que voltear un interruptor para el freno de estacionamiento,” dijo Rea. “Podría ocurrir una accidente si el operador olvida activar el interruptor. Con la nueva serie F, cuando el operador estacione el camión, el freno de estacionamiento se activa automáticamente.”

Hay disponibles cuatro opciones de tolva con Diseño Específico para Cada Mina (MSD II) para elegir, para los 797F. El 793F se ofrece con tres opciones de tolva: Tolva-X; MSD II; y Tolva para Carbón sin Compuerta. La Tolva-X está diseñada principalmente para faenas mineras nuevas, donde frecuentemente se debe transportar materiales de diferentes densidades.

“En el 793F, hemos movido el estanque de direccionamiento, el sistema de aire, y las baterías para brindar más espacio en frente de la estación del operador,” dijo Rea. “También redujimos el peso de la capota.”

Una escalera y pasadizo de 600-mm de ancho (24” de ancho) ayudan a entrar y salir en forma segura. El estándar industrial anterior era 400 mm, y CAT lo aumentó en un 50%. “La realidad es que los mineros están creciendo y necesitan más espacio para trepar a la máquina, especialmente cuando transportan enfriadores o mochilas,” dijo Rea.

Los camiones de la serie F también tienen varias características enfocadas hacia la sustentabilidad ambiental. La mayor eficiencia en combustible del C175 reduce la huella de carbono del camión. Tubos de desagüe ecológicos en los filtros mejoran la funcionalidad y evitan derrames. “Hemos duplicado la vida útil del filtro, reduciendo los insumos,” dijo Rea. “Hemos extendido el intervalo de la mantenciones preventivas con un sistema de renovación de aceite y usamos componentes CAT re-manufacturados.

“Cada equipo CAT 793 y 797 tendrá la misma huella de carbono de emisiones sin importar donde pongamos ese camión”, dijo Rea. “Podríamos haber puesto motores que no cumplan la norma en regiones menos reguladas, pero ello va en contra de nuestro código de responsabilidad social.”

Habría sido fácil para CAT hacerle una zancadilla a este programa cuando los tiempos se pusieron difíciles, pero la compañía mantuvo su compromiso con esta siguiente generación de camiones. “Con la introducción de los camiones eléctricos y las modificaciones que hemos hecho en los camiones de accionamiento mecánico, estamos muy entusiasmados por ser capaces de tener un camión que satisfará las necesidades de cada cliente en cada aplicación,” dijo Rea.

Capeando el Temporal, Preparándose para el Futuro
Para los fabricantes de equipos mineros, 2008 fue probablemente una alta señal del nivel de agua. Muchos tuvieron algunos éxitos fantásticos y celebraron esos logros en MINExpo 2008, luego todo cambió. Al Frese, gerente de soporte de producto de CAT Global Mining, trató de contextualizar el reciente vuelco en los acontecimientos. “Los nuevos perdidos de camiones grandes alcanzaron su punto más alto justo antes de fines del 2008 y luego cayeron en picada durante el primer trimestre del 2009,” dijo Frese. Esta ha sido la primera caída en el negocio minero, explicó Frese que la diferencia esta vez fue la rapidez con que ocurrió.

El mercado de la construcción ya se había desacelerado y, con la minería y la economía global cayendo en picada, CAT sintió que tenía que cambiar su forma de hacer negocios. En un esfuerzo no sólo para posicionarse y sobrevivir a la debacle, sino que también para fortalecer su posición de liderazgo, CAT implementó planes para superar la recesión económica, que incluyeron despidos; congelamiento de salarios y beneficios; disminuir su producción; reducciones de inventario; y realineamiento de la empresa. “Nos planteamos algunas metas bastante agresivas para reducir inventario dentro de nuestra operación,” dijo Frese. “Habíamos tomado alrededor de $1,6 billones del valor de inventario fuera de nuestra operación. Ahora estamos al mismo nivel para tomar otros $3 billones para fines de año. Somos una compañía mucho más eficiente en este nivel inferior.”

Hace tres años, la compañía se embarcó en el Sistema de Producción CAT (CPS), modernizando cada aspecto de su presencia mundial. CPS es un ingreso de pedidos a través de un proceso de producto final que permite a la compañía anticiparse mejor a las necesidades del cliente, construirlo de manera expedita, y realizándolo en forma segura. “Durante el 2008, estuvimos produciendo a niveles tan altos que nunca habíamos visto antes,” dijo Frese. “Y, lo hicimos en uno de los ambientes de trabajo más seguros.”

Como parte del más reciente esfuerzo de alineamiento de la empresa, CAT creó unidades de negocio que están enfocadas específicamente en las necesidades del cliente, parecidas a CAT Global Mining. “Hemos realineado nuestra compañía entera, creando una estructura más simple, más eficiente, más centrada en el cliente y más impulsada por el mercado,” dijo Frese.

CAT Global Mining tiene un equipo que trabaja con los mineros y distribuidores en una gama de proyectos de mejoramiento continuo. El mejoramiento continuo es un término que CAT usa para describir sociedades con clientes para identificar sus necesidades y diferencias claves que vayan más allá de una pieza nueva de hierro o tecnología para entregar los beneficios que cumplan sus objetivos. La compañía continuó financiando este trabajo vital durante la recesión económica.

“Alcanzando un máximo en el 2008, la mayor parte de nuestro trabajo con clientes consistió en aumentar la producción y nosotros estuvimos determinando cómo podríamos darle a los clientes más horas de disponibilidad en la línea de partida,” dijo Frese. “Las soluciones fueron desde cargas útiles optimizadas hasta simplemente hacer que los camiones se pusieran en camino más rápidamente.”

Para el 2010, las minas están analizando un escenario diferente. Frese explicó que el interés ha cambiado de la productividad a la eficiencia. “Muchos de los actuales proyectos están enfocados en una mayor eficiencia,” dijo Frese. “Las empresas mineras quieren saber cómo pueden obtener lo máximo de los activos existentes.”

CAT también siguió financiando la investigación y el desarrollo a un nivel muy agresivo. Este año (2009) quedará registrado en la historia como el segundo mayor año en inversión en investigación y desarrollo (R&D), explicó Frese. “Si se piensa en el momento económico, esa es una importante afirmación,” dijo Frese. En cierto sentido, CAT tiene que continuar sus actividades de R&D para sustentarse. Los requisitos para emisiones que se vienen son tremendos. Básicamente cada producto CAT tendrá que ser rediseñado y desarrollado para cumplir los más estrictos requisitos Tier 4 y Tier 4 Final de la EPA.

Al igual que con el negocio minero, CAT está comprometido con la seguridad. CAT ve la protección de la gente que opera sus equipos por sobre y más allá de los estándares regulatorios como una responsabilidad fiduciaria, explicó Frese. “Constantemente estamos tratando de identificar las mejores soluciones para equipos móviles que incluyen la seguridad y la sustentabilidad para las personas en las operaciones mineras,” dijo Frese. “CAT Global Mining se toma la seguridad muy en serio.”

La fortaleza de CAT radica en su red de distribuidores. “Nuestra red de distribuidores posee la impronta, la gente, la escala financiera, y la capacidad para apoyar a sus clientes sin importar si sus faenas están en la República Democrática del Congo, en Chile o en l aparte occidental de los Estados Unidos,” dijo Frese. “Nuestros distribuidores están enfocados en la minería. Ellos conocen el rubro y tienen los recursos no sólo para sustentarse a sí mismos durante este ciclo, sino también para ayudar a los mineros a prepararse para el repunte económico.” No hay certeza sobre el futuro, pero las bases están comenzando a construirse en una dirección positiva, explicó Frese, y CAT estará listo cuando llegue la hora del repunte.

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