Desarrollando Una Estrategia BEV Para Minería Subterránea

Los equipos impulsados por baterías son variados, pero los resultados son los mismos: menos emisiones y mayor rendimiento

Por Steve Fiscor, Editor-en-Jefe

Cada vez más faenas mineras evalúan y adquieren vehículos eléctricos a batería (BEV por sus siglas en inglés). Hoy en día existe una versión BEV de casi todos los equipos subterráneos. Los cargadores y los camiones reciben mucha atención, ya que son los caballos de batalla de la producción, pero la perforación es otra área que se presta a la energía eléctrica de batería. También hay elevadores de tijera eléctricos, rociadores de hormigón proyectado, camiones hormigonera y vehículos de transporte de personal.

La tecnología BEV, en cuanto a la química de las baterías y la carga, se ha estabilizado. Aunque no evoluciona tan rápidamente como hace unos años, las minas deben mantener la mente abierta y adoptar un enfoque ágil para implantar los BEVS. Aunque cabría pensar que el proceso de justificación dependería del precio del diésel (y así es), hay otras ventajas que también ayudan a tomar la decisión. El aire es más limpio, lo que beneficia a todos los mineros bajo tierra, y hay menos vibraciones en las máquinas. Gracias a la fuerza de tracción, los cargadores apilan la pila con mayor eficacia. Las cadenas cinemáticas mejoradas permiten mayores velocidades máximas. La productividad y la disponibilidad aumentan, y las máquinas se manejan mejor.

El uso de BEV reduce la huella de carbono de la mina y podría reducir los gastos de explotación (opex) de las minas existentes y los gastos de capital (capex) de las minas nuevas. Parece contraintuitivo, pero el cambio de la flota a la energía eléctrica en una mina existente podría reducir la factura eléctrica de la mina. Las máquinas no producen emisiones y funcionan a menor temperatura que los motores de combustión interna (ICE), por lo que las minas no necesitan mover tanto aire por los cabezales, lo que reduciría la carga eléctrica de los ventiladores. Durante la fase de diseño de las explotaciones nuevas, mover menos aire por la mina podría significar menos pozos y elevaciones, lo que reduciría significativamente el costo de inversión.

Para quienes estén pensando en dar el salto, tres fabricantes de equipos originales (OEM), Epiroc, Normet y Sandvik, dieron a conocer sus líneas de productos mineros, compartieron sus ideas y hablaron de lo que están viendo sobre en terreno en cuanto a experiencias relacionadas con su adopción.

Sandvik Ve Creciente Interés Por Los BEV

En cuanto al rubro de carguío y transporte subterráneo de Sandvik, la venta de BEV representa actualmente más del 10% de las ventas totales. Hace un par de años, la proporción era de un solo dígito. “El interés por los BEV y las ventas de estos equipos crecen a un ritmo muy elevado y estable,” afirma Jakob Rutqvist, director comercial de BEV de Sandvik.

Minas en todo el mundo pagan precios muy diferentes por el diésel, por lo que una mina que opere en un país con altos precios de este combustible probablemente tendría un sólido argumento comercial para los BEV. Rutqvist calcula que aproximadamente un tercio de las minas subterráneas de todo el mundo ya cuentan con un argumento comercial sólido para utilizar BEV.

Calcular el rendimiento de la inversión puede ser complicado. El perfil del flujo de caja será un poco diferente al de una inversión en ICE. “El BEV representa una mayor inversión inicial con un menor gasto operativo,” explica Rutqvist. “Los fabricantes de equipos originales permiten a las minas alquilar las baterías, lo que transfiere parte del capex al opex, y eso cambia el perfil para que se parezca más a una flota diésel. Si una mina emplea 27.000 horas durante cinco años en una máquina, empezamos a ver un costo total de propiedad (TCO) equivalente.” El TCO es el costo total de propiedad más los gastos de explotación a lo largo de la vida útil de la máquina.

Cuando los cálculos se aproximan a un costo total de propiedad equivalente, la decisión de la BEV se convierte en una obviedad si la mina tiene en cuenta todas las demás ventajas. “Sin embargo, la mina no debe esperar una reducción drástica e inmediata del costo de propiedad,” advierte Rutqvist. “Podría ocurrir, especialmente si la mina está pagando altos precios del diésel, pero el objetivo realista es un TCO comparable a lo largo de la vida útil de la máquina y luego todos los demás beneficios; mejor aire, menos calor, sin CO₂, mayores velocidades, etc.; vienen gratis.”

Una vez que la mina supere la curva de aprendizaje inicial y las operaciones empiecen a estabilizarse, Rutqvist dijo que deberían ver altas cifras de disponibilidad y productividad. “La mina Brucejack de la Columbia Británica, por ejemplo, lleva un tiempo utilizando los BEV de Sandvik y se sienten muy cómodos con ellos,” afirma Rutqvist. “La disponibilidad de su flota de camiones BEV supera sistemáticamente el 90%. También tenemos ejemplos en los que se acaba de implantar la tecnología, y esas cifras no son tan buenas.”

Por eso, a Rutqvist le gusta hablar de potencial reconocido. “Cuando los BEV funcionan bien, la disponibilidad es realmente alta,” afirma Rutqvist. “Eso no significa que todas las minas vayan a experimentar una disponibilidad espectacular desde el primer día. La cadena cinemática eléctrica es muy robusta, con menos piezas móviles y menos intervenciones de servicio que una cadena cinemática mecánica tradicional. A medida que la mina adquiera más experiencia, podrá lograr una mayor disponibilidad. La planificación de la preparación de la mina es clave para conseguir un alto rendimiento, no se puede instalar esta tecnología en una mina sin una preparación cuidadosa.”

La velocidad de un camión BEV totalmente cargado en pendiente es casi perfectamente proporcional a la potencia, explicó Rutqvist. “La potencia está limitada por la corriente de descarga de la batería, no por los motores de tracción de la máquina,” dijo Rutqvist. “Si se comparan los camiones y cargadores BEV con los ICE, se obtiene entre un 30% y un 40% más de potencia en los camiones, e incluso más potencia, entre un 60% y un 70%, en los cargadores. Pero eso no se traduce en velocidad.”

Un camión Sandvik de 50 toneladas, por ejemplo, alcanza una velocidad máxima entre un 20% y un 30% superior a la de un camión ICE de 50 toneladas. “En un ciclo de minería, sin embargo, lo relevante es la velocidad media,” afirma Rutqvist. “Los operadores pasan mucho tiempo en la rampa, pero no todo el tiempo en la rampa. A lo largo de un ciclo de trabajo completo, no es raro ver mejoras de productividad del 10%-20%.”

“Hoy en día, la línea de propulsión eléctrica está limitada por la batería y cuánto se descarga,” dijo Jari Söderlund, director de gestión de productos de Sandvik. “Eso nos da una oportunidad para futuros mejoramientos.”

La potencia de tracción y la velocidad son importantes para los camiones. El esfuerzo de tracción, o lo fuerte que puede empujar la máquina, es más importante para el cargador. “Actualmente vemos un 50% más de esfuerzo de tracción en comparación con máquinas diésel de tamaño similar,” afirma Söderlund. “Se puede apretar más la cuchara en la pila de desmontes, lo que mejora la eficacia de la carga. Lo que deja boquiabierto al operador es la fuerza que tiene ahora para empujar contra la roca y la facilidad con que se llena la cuchara.”

Cambio y Carga de Baterias

Cambiar la batería de un equipo Sandvik lleva menos tiempo que reabastecer un equipo Sandvik ICE, pero hay que hacerlo con más frecuencia. En el caso del cargador, la batería suele cambiarse una vez por turno y después entre turnos. Los camiones suelen funcionar de 2 a 3 horas, dependiendo del uso, y los operadores cambian las baterías dos o tres veces por turno.

En cuanto a la recarga, depende de lo agotada que esté la batería, pero se puede recargar en una hora aproximadamente. “Si la mina intercambia las baterías, la velocidad de carga no es un problema si el tiempo de funcionamiento es de 2 a 4 horas,” explica Rutqvist. “Untiempo de carga agresivo genera más calor en la batería y reduce su vida útil. Si la máquina no necesita la batería, no tiene sentido tenerla completamente cargada dos horas antes de que haya que cambiarla.”

Como el tiempo de funcionamiento es mucho mayor que el de carga, dos cargadores pueden compartir una estación de intercambio. “Si los cargadores tienen un tiempo de funcionamiento de 4 horas, cada máquina cambiará las baterías cada dos horas, lo que sigue siendo el doble del tiempo de carga más rápido,” explica Rutqvist.

Cuando la vida útil de la batería se degrada hasta el 70% o incluso el 60%, según los requisitos de la aplicación, hay que cambiarla. Lo que en tiempo natural serían unos tres años para un camión de uso intensivo. El plazo es mayor para los cargadores, ya que la potencia media es menor y se necesitan menos cambios al día. La batería de un cargador puede durar 4 años o incluso más.

“Si una mina realmente quiere maximizar la vida útil de la batería, colocará la nueva batería en la aplicación de mayor potencia, que normalmente sería el camión de rampa,” dijo Rutqvist. “Dado que los módulos de batería Sandvik son intercambiables, pueden cambiarse del camión a los cargadores, que es menos exigente y entonces se puede agotar más la vida útil de la batería, lo que significa un tiempo de calendario más largo antes de necesitar una inversión de sustitución.”

El sistema de carga de Sandvik tiene dos cargadores y una unidad de enfriamiento. “La razón por la que tenemos dos cargadores y un enfriador es que tenemos dos paquetes de baterías en el interior,” dijo Söderlund. “Uno alimenta la parte delantera de la máquina y otro la trasera. Dependiendo del uso, a veces se pueden compartir los cargadores con varias máquinas. La mina puede compartir estaciones de carga y baterías adicionales entre muchas máquinas a medida que amplía la flota de BEV.”

La configuración estándar es de dos baterías por máquina, una en carga y otra en la máquina. “Para flotas más grandes recomendamos una batería adicional por cada tres o cuatro máquinas,” continúa Söderlund. “La batería extra es un respaldo para cubrir durante el mantenimiento. Las baterías adicionales funcionan en ciclo de producción, no están guardadas en una estantería.”

Implementando BEVs en la Faena Minera

Al implantar los BEV en una explotación ya existente, es importante que la dirección y los mineros mantengan una mentalidad abierta y sigan siendo ágiles. Esta nueva tecnología también es nueva para las personas que trabajan bajo tierra. Deben recibir una formación adecuada sobre competencias ligeramente diferentes.

Sandvik recomienda que la mina desarrolle un campeón BEV para el emplazamiento minero. “La aceptación de los BEV por parte de los operadores ha sido muy buena, pero también implica cambios, no sólo para los operadores, sino también para el mantenimiento de los equipos, así como para la planificación y el diseño de la infraestructura de carga,” explica Rutqvist. “Si la mina no tiene un campeón BEV, la iniciativa podría perder fuerza fácilmente.”

Esa persona tiene que estar implicada en las operaciones de la mina y no ser un representante de la empresa. De lo contrario, la iniciativa podría verse como un mandato vertical de la empresa. También es importante ver el equipo en funcionamiento, ya sea en una mina o incluso en la mina de pruebas de Sandvik en Finlandia o en el centro de experiencia del cliente en California.

Rutqvist considera que la flexibilidad de diseño del área de carga de Sandvik es una de las características que distinguen a su sistema de los demás. En realidad, la mina sólo necesita electricidad y un terreno razonablemente llano. Como las máquinas cargan y descargan sus baterías sin grúa, hay mucha libertad en cuanto al diseño de las áreas de aparcamiento.

El tráfico de entrada y salida del área de carga no debe interferir con el resto del tráfico subterráneo. “Esto es siempre un acto de equilibrio,” dijo Rutqvist. “La estación de carga debe estar lo más cerca posible de la zona de trabajo, pero no debe bloquear el tráfico a la cara o a un taller.”

Como los camiones hacen cambios más frecuentes, el cargador debe colocarse cerca de donde trabajan las máquinas. “Estos problemas pueden evitarse fácilmente con planificación y creatividad,” explica Rutqvist. “Por ejemplo, si la mina tiene un área de paso, donde los camiones paran y dan paso a otros vehículos, se podría colocar allí un cargador y cambiar la batería mientras pasa el tráfico.”

Aunque el proceso de bajar la batería y recoger la nueva está totalmente automatizado, alguien (normalmente el operador) tiene que conectar y desconectar la batería del cargador. Un brazo de pluma atornillado a la parte trasera facilita la manipulación de los cables.

Las baterías son inteligentes y no necesitan supervisión manual. La mayor parte de la comunicación crítica se produce entre la máquina y la batería. El controlador del sistema de baterías es el maestro del sistema de seguridad. Supervisa todos los umbrales críticos de la batería, como la temperatura, la tensión y la corriente. “Si la máquina intenta hacer algo que la batería no quiere hacer, como por ejemplo extraer más corriente de la que la batería quiere compartir, la batería se protegerá,” explica Rutqvist.

Haciendo Mantención a los Equipos

Sandvik adopta un enfoque abierto con respecto a las baterías. Las venden y las alquilan bajo la modalidad Batteries as a Service. La empresa también ofrece baterías con servicio, en las que la mina es propietaria del BEV (y de la batería) y Sandvik se encarga de su mantenimiento con un contrato de servicio. “En la mayoría de los casos, el mantenimiento de las baterías no se distingue de la mantención de las máquinas,” explica Rutqvist. “Las personas que se ocupan de las baterías son las mismas que también realizan las tareas de mantención y reparación de las máquinas.”

Las faenas mineras que quieren ser autosuficientes suelen firmar con Sandvik un contrato de servicio inicial de 18 meses que cubre el periodo de capacitación. “En la mayoría de los casos, Sandvik sigue teniendo experiencia in situ después de ese periodo,” afirma Rutqvist. Según Rutqvist, espera que algunos clientes, como los contratistas mineros, a medida que se sientan más cómodos, quieran convertirse ellos mismos en expertos en mantención de baterías.

Los mineros o contratistas nunca abrirían los módulos individuales para trabajar en las celdas de la batería. Si se produce un fallo raro en la célula y el módulo de la batería deja de funcionar correctamente, se convierte en un artículo de recambio — un insumo esencialmente, o “el nuevo combustible.”

Para el área de servicio, Sandvik recomienda instalar un cargador y un enfriador. “Pueden utilizarlo para carga rápida si es necesario, lo que agiliza el proceso de mantenimiento,” explica Rutqvist. “Las máquinas también se pueden reparar con un cargador de baja potencia; sólo se necesitaría más tiempo para algunas de las tareas rutinarias. El taller también lo necesitaría para las pruebas de capacidad, que se recomiendan al menos una vez al trimestre. La batería se descarga por completo y luego se carga por completo para determinar el nivel de capacidad. Ese proceso es mucho más rápido si tienen un cargador de alta potencia.”

Si el operario agota la batería, cuando la pantalla de la cabina indica 0% por cualquier motivo, un técnico puede desbloquear otro 10%, que debería ser suficiente para llevar la máquina a un cargador.

“Cada vez más minas buscan datos sobre la batería y estamos trabajando para mejorar la telemetría,” afirma Söderlund. “Tenemos servicios de monitorización remota para equipos diésel, en los que los servicios se basan en los datos y el análisis. Esto aún se está desarrollando para los BEV.” Hace dos años, Sandvik adquirió una empresa de análisis de baterías con ese fin.

En cuanto al tiempo de desarrollo, los BEV de Sandvik son ya de tercera generación. La empresa se siente cómoda con la tecnología e intenta ampliar su oferta. En los próximos años, los mineros verán sistemas de automatización para BEV, mejoras con telemática y tecnologías de apoyo.

Epiroc Adopta un Enfoque Diferente

Para los BEV, Epiroc ha optado por distintos enfoques en función del uso. Para sus cargadores y camiones, la empresa ofrece tanto carga a bordo como externa. Se trata de una gran ventaja, ya que las estrategias de carga suelen cambiar durante la vida útil de la mina. En el caso de los equipos de perforación, la batería se carga a bordo en cuanto el equipo se conecta a la red.

“Tenemos algunos clientes que prefieren cargar a bordo y otros a los que les gusta intercambiar las baterías,” dijo Franck Boudreault, experto en aplicaciones subterráneas de electrificación de Epiroc. “La carga a bordo reduce la disponibilidad y la utilización del vehículo, pero al mismo tiempo simplifica la utilización desde el punto de vista de la infraestructura. Lo único que necesita el BEV para cargarse es un punto de aparcamiento con un poste de carga.”

El cargador Epiroc BEV típico de 14 toneladas tendrá cinco horas de utilización. “Con los cargadores eléctricos a batería, estamos hablando de una utilización bastante intensa,” dijo Boudreault. “A diferencia de los equipos de perforación, siempre dependen de su batería para realizar su trabajo principal. En aplicaciones como una explotación minera, es crucial despejar una ronda con una sola carga de batería, lo que no supone problema alguno. La autonomía variará en función de cómo se conduzca el equipo, de 3 a 6 horas, pero la carga puede hacerse en poco menos de dos horas.”

Epiroc lanzó recientemente el Scooptram ST18 SG, un cargador de 17,5 toneladas de carga útil. “A medida que el vehículo se hace más grande, podemos incluir más capacidad de batería,” dijo Boudreault. “Hemos aumentado la capacidad de la batería en un 50% y la carga útil en un 25% en comparación con el Scooptram ST14 SG. Acaba de completar con éxito sus pruebas de campo. El tiempo de funcionamiento ha aumentado un 25% en comparación con el de 14 toneladas, mientras que el tiempo de carga sigue siendo inferior a dos horas.”

Boudreault explica que el rendimiento y la velocidad de carga dependen, entre otras cosas, de la química de la batería. “Hay que elegir el punto óptimo al que apuntar,” afirma. “Teniendo en cuenta el uso de las aplicaciones de cargadores y camiones, definitivamente optamos por maximizar la energía a bordo a través de la capacidad de la batería.”

Epiroc se centra en la capacidad utilizable de la batería, no en la capacidad nominal, ya que es lo que importa a los clientes. Por ejemplo, el Scooptram ST18 SG tiene 450 kilovatios-hora (kW) de capacidad de batería utilizable. “Una alta capacidad de la batería no sólo permite una mayor autonomía de conducción, sino que también prolongará la vida útil total de la batería, ya que no se somete a la misma tensión.”

Epiroc se asoció con Northvolt para el desarrollo de baterías, una empresa sueca junior que pronto ofrecerá las celdas más ecológicas del mundo. “Fuimos el primer cliente en firmar con ellos,” explica Boudreault, “lo que nos dio el enfoque necesario para desarrollar baterías adaptadas a la minería subterránea. Tras un estudio muy detallado y un proceso de valoración, nos decidimos por una batería de níquel manganeso cobalto (NMC), que difiere de la tendencia conservadora hacia el litio hierro fosfato (LFP).”

La primera generación de BEV de Epiroc era más pequeña y contaba con otros socios, hace más de 10 años. Boudreault atribuye la primera aproximación a una gran experiencia de aprendizaje. “Descubrimos muchas cosas y pudimos determinar dónde queríamos estar con esta nueva oferta que tenemos ahora,” afirma.

En la actualidad, las baterías de Epiroc incorporan un sistema de gestión térmica. Mantiene la temperatura óptima de las celdas tanto si la batería se está cargando como descargando.

Los camiones mineros BEV de Epiroc tienen ahora un tren motriz más eficiente, en comparación con la generación anterior. “La batería del nuevo camión de 42 toneladas de capacidad tiene probablemente el triple de capacidad que la del camión original de 20 toneladas con sistema de gestión térmica,” dijo Boudreault. “Y lo que es más importante, hemos optimizado la cadena cinemática para la propulsión eléctrica por batería y reducido considerablemente las pérdidas.”

Baterias Con- y Como Un Servicio

Epiroc ofrece tanto Baterías con Servicio como Baterías Como Servicio (BaaS) y confirma que su programa BaaS ofrece a los mineros varias ventajas. Al comparar los costos, había un único precio para una máquina ICE. Con un BEV, la mina debe comprar la máquina, pero también ocuparse de las baterías y el equipo de carga. El costo inicial de un BEV es mayor que el de un equipo ICE y, una vez que las baterías y el equipo de carga se añaden a la factura, el cliente puede sufrir un shock de precios.

“Con BaaS, podemos trasladar las baterías del lado de las inversiones al de los gastos operativos,” explica Boudreault. “En cierto sentido, la mina alquila las baterías. Podemos encargarnos de esto porque ya tenemos técnicos trabajando con nuestros clientes en equipos avanzados en todo el mundo. Así que ¿por qué no ofrecer esto como un servicio de primera clase por Epiroc para permitir la paz de la mente.”

Epiroc lanzó BaaS en 2018 y el año pasado comenzó a ofrecer Baterías con Servicio para las minas que prefieren ser propietarias de sus baterías. “Independientemente de si un cliente quiere comprar o alquilar las baterías, Epiroc asumirá la responsabilidad del mantenimiento de las baterías,” dijo Boudreault.

BaaS incluye un cierto nivel de utilización. Las minas pagan una cuota mensual y obtienen un determinado nivel de utilización. “Para un cargador que funcione con dos baterías, la cuota base incluida sería aproximadamente la misma que la utilización mensual, por lo que se adapta muy bien a esa aplicación,” dijo Boudreault. “Para otros usos, como la perforación, la compra de baterías puede ser más atractiva en función de la utilización.” Epiroc siempre estudia los distintos casos y aconseja a las minas qué dirección tomar.

Cargando Externamente Con Epiroc

Si una faena minera opta por la carga externa con cargadores y camiones Epiroc, necesitará una grúa puente para cambiar las baterías. Las áreas de intercambio pueden diseñarse en función de las necesidades del cliente, dependiendo del número de BEV que haya que atender. “Si una mina tiene tres camiones y una pala cargadora trabajando en una zona, puede diseñar esa área de carga para gestionar todas las baterías necesarias para esa flota, incluidos los armarios y postes de carga necesarios,” explica Boudreault.

Una sola estación podría cargar las baterías de cualquier número de BEV. Se necesitaría una excavación mayor, pero tendría la flexibilidad de gestionar varios tipos de baterías para varios vehículos, lo que reduciría la necesidad y el costo total de la infraestructura. “Como las áreas de intercambio son modulares y escalables, los costos de espacio e infraestructura pueden reducirse drásticamente en comparación con la disposición individual,” afirma Boudreault.

Para mayor seguridad, las áreas de carga deben estar conectadas a la ruta aérea de retorno. Aunque las baterías de iones de litio no emiten gases durante el proceso de carga, se genera una pequeña cantidad de calor que los sistemas de ventilación habituales son capaces de manejar fácilmente.

Boudreault recomienda instalar un sistema de vigilancia en la zona de carga. “La mayoría de las minas modernas tienen una sala de control que puede incluir la vigilancia a distancia de las zonas de carga,” explica. “Si ocurre algo, el operador de la sala de control puede tomar medidas tempranas si es necesario.”

Para añadir más niveles de seguridad, las zonas de carga pueden equiparse con sensores de detección de calor y humo, como en cualquier entorno industrial. “El riesgo no es cero, pero intentamos mitigarlo primero con el diseño de las baterías,” afirma Boudreault. “Epiroc tiene 7 millones de kWh de utilización de baterías sin incidentes que reseñar.”

Convirtiendo Equipos Existentes en BEVs

Epiroc ofrece la conversión para dos tamaños de cargadores, de 10 y 14 toneladas, y dos tamaños de camiones, de 33 y 42 toneladas. “Si una mina retira sus máquinas para una reconstrucción a mitad de su vida útil, puede convertirlas en máquinas eléctricas de batería,” explica Boudreault. “Una mina de Canadá utiliza dos camiones reconstruidos de 10 toneladas. Todos los meses vemos que la utilización de sus baterías ronda los 25.000 kWh. Todos estos datos están disponibles en tiempo real para el cliente y Epiroc a través de nuestro sistema telemático de baterías.” Boudreault subraya que la transparencia de los datos es clave para impulsar la gestión del cambio cuando se pasa del diésel a la electricidad de baterías.

“Al optimizar el diseño de la mina, se puede reducir el consumo de energía y aumentar la autonomía,” afirma Boudreault. “Y con la posibilidad de cargar la batería durante la pausa para comer, la pausa para el café, el cambio de turno, etc., se puede recargar el estado de carga de la batería. En muchos casos, con los cargadores, la mina puede arreglárselas sin cambiar la batería.”

Los Niveles de Aceptación Son Altos

Boudreault cree que hay dos factores que impulsan la aceptación de los BEV bajo tierra: la mejora del rendimiento y la mejora del entorno de trabajo. “Cuando se trata de equipos de minería, a los mineros les gusta el rendimiento, el par, la velocidad, la fuerza hidráulica, etc.,” dijo. “Con un BEV, tienen exactamente eso. La tracción está separada del sistema hidráulico. Si quieres fuerza hidráulica, los operarios no necesitan revolucionar el motor, simplemente tiran de la palanca y ven más potencia instantáneamente.”

“Lo mismo se aplica al manejo de un camión en un entorno estrecho,” explica Boudreault. “Para tomar una curva cerrada, un operador de ICE la tomaría normalmente a una velocidad lenta. El sistema hidráulico está conectado al motor y éste funciona más o menos al ralentí, por lo que la dirección de la máquina ICE resulta difícil. En el camión de batería, funcionan por separado, y los operadores podrían dirigir con un dedo e ir donde quisieran.”

Con los BEV, el entorno de trabajo mejora drásticamente, ya que no hay emisiones in situ y el calor, el ruido y las vibraciones son mucho menores.

Perforación Eléctrica Con Baterías

Boudreault trabaja con la electrificación de baterías en toda la línea de productos Epiroc. Cuando empezó, pensó que los cargadores y los camiones acapararían toda la atención debido a los diferentes ciclos de trabajo y al equilibrio entre la carga y las operaciones. No creía que las perforadoras eléctricas a batería fueran a llamar mucho la atención, ya que se desplazan muy poco. Su suposición resultó ser falsa.

Después de revisar su pensamiento para entender por qué, dijo que encontró tres razones del interés en las perforadoras eléctricos de batería: autonomía, velocidad y la configuración plug-and-play. “Las perforadoras BEV tienen una capacidad de batería que supera las necesidades, lo que elimina la ansiedad por la autonomía,” afirma Boudreault. “La energía que la perforadora lleva a bordo le permitirá desplazarse a cualquier punto de la mina. Con una carga completa, la perforadora puede subir 950 metros verticales o 7 km de rampa antes de que se agote la batería.”

Los equipos de perforación Epiroc BEV funcionan tan rápido como los equipos diésel opcionales de 6 cilindros. Normalmente, los equipos diésel utilizan un motor de 4 cilindros. Las perforadoras BEV se mueven más rápido que las mejores de su clase.

Plug-and-play (Enchufar y Usar) significa que el cable de arrastre se conecta del mismo modo que se haría con un equipo de perforación tradicional. Así, la carga tiene lugar en tiempo oculto. “Los equipos de perforación BEV funcionarán sin preocupaciones,” dijo Boudreault. “Se necesita cero infraestructura y cero tareas adicionales. Eso hace que el equipo de perforación BEV sea un punto de entrada muy bueno para nuestros clientes que querían tener un primer contacto con la electrificación por baterías.”

Boudreault dijo que también suponía que los camiones serían un reto debido a su consumo de energía. “Con el transporte en rampa, la carga útil del camión es aproximadamente la misma que el peso del vehículo vacío, por lo que el peso que se propulsa por la rampa es de 80 tm para un camión de 42 tm, y la batería se regenera en el viaje de vuelta,” explicó Boudreault. “El camión no regenera tanto como ha gastado, lo que crea un déficit en el balance energético. Hay que cambiar las baterías, y tenemos algunos clientes que lo hacen muy bien, pero es una tarea exigente.” Su hipótesis se validó hasta la llegada de la carga dinámica.

Epiroc está trabajando con Boliden y ABB para desarrollar un sistema de carga dinámica, en el que la tecnología de carros se aplica al transporte en rampa de camiones BEV. “Tenemos nuestra primera máquina en fase de validación en la mina de Ravliden (Suecia),” explica Boudreault. “Si cumple las expectativas, tirará de la energía de la red mediante un sistema de catenaria-carro.”

La infraestructura en forma de sistema de catenaria y carros y las subestaciones para alimentarlos serán caras. “Sin embargo, cuando el camión esté fuera de la rampa, dependerá de su batería y no de los sistemas de trolebuses, lo que hará que su funcionamiento sea autónomo,” explica Boudreault. “Esta aplicación sería muy adecuada para proyectos totalmente nuevos. Sería difícil reconvertir una mina existente.”

Ravliden es un yacimiento satélite conectado a la mina Kristineberg de Boliden, en la región de Skellefteå. En lugar de excavar nuevos pozos, Ravliden se conectará a la superficie mediante una rampa de 5 km que será ideal para la carga dinámica. La mayor parte de la rampa será recta, salvo algunas curvas más pequeñas y otras dos más largas. Boliden y ABB han demostrado la tecnología de carros, haciendo funcionar camiones de transporte en la superficie en su mina de cobre de Aitik.

Normet Fabrica BEVs Fáciles de Gestionar

La plataforma BEV de Normet se llama SmartDrive y la empresa, que tiene más de 50 oficinas en 30 países, ha colocado 65 BEV en minas y túneles subterráneos. Normet diseña y construye equipos de apoyo para la minería subterránea, como cargadores de explosivos, pulverizadores de hormigón proyectado, camiones hormigonera, elevadores de tijera, vehículos de transporte de personal, etc. “La venta de equipos BEV es el primero de muchos pasos con el cliente,” afirma Mark Ryan, vicepresidente de oferta de equipos de Normet. “La tecnología es relativamente nueva y muchos de nuestros clientes utilizan estos equipos por primera vez. Intentamos que la tecnología sea lo más fácil posible de gestionar para nuestros clientes.”

Una de las mayores ventajas de los BEV para Normet ha sido el aumento de la velocidad de rampa. “Los motores eléctricos están conectados directamente a los ejes, lo que es mucho más eficiente, especialmente cuando se trata de la velocidad de rampa,” dijo Ryan. “Los BEV tienen mayor disponibilidad y somos capaces de recuperar energía al conducir cuesta abajo.”

A diferencia del equipo de producción, que transporta el mineral cuesta arriba, el equipo de Normet transporta el hormigón y los suministros cuesta abajo. “Bajamos cargados y podemos recuperar energía,” explica Ryan. “Cuando subimos vacíos, hay menos demanda en el tren de tracción y la batería. Nuestras diferentes aplicaciones, como el transporte y la logística de hormigón, materiales y personal, pero también el hormigón proyectado y la carga de explosivos, funcionan realmente bien con esta tecnología.”

Los equipos de Normet utilizan carga a bordo y la empresa ha seleccionado una batería de óxido de titanato de litio (LTO), que permite una carga rápida. “Nuestro equipo ofrece a las minas una forma realmente atractiva de familiarizarse con la tecnología BEV sin hacer una gran inversión de capital,” dijo Ryan.

Cuando Normet empezó a desarrollar equipos eléctricos de batería, se planteó simplemente quitar el motor y sustituirlo por una batería. Cuando empezaron a estudiar ese planteamiento con más detalle, se dieron cuenta de que cada máquina sería ligeramente distinta, lo que complicaría el proceso de fabricación.

“Volvimos al principio y desarrollamos un módulo de batería,” dijo Ryan. “Independientemente de la aplicación, el módulo de batería de cada Normet BEV es el mismo. Las baterías son las mismas. Los motores son los mismos. Los ejes son los mismos. La formación, el mantenimiento y la resolución de problemas también son iguales. Queríamos facilitar al máximo a nuestros clientes la implantación de esta tecnología.”

Cuando Normet compara los modelos eléctricos de batería con sus modelos ICE, los BEV tienen nuevas cabinas, nuevos sistemas de control, nuevo sistema de suspensión, etc. “Es una plataforma completamente nueva y, como resultado, hemos podido reducir las vibraciones en un 55% y el ruido en un 80% en comparación con el equivalente diésel,” afirma Ryan.

Los BEV llevan a bordo dos motores eléctricos de 100 kW y una batería de 90 kWh. “Es un sistema redundante,” explica Ryan. “Si uno de los motores falla, el otro tiene potencia suficiente para trasladar la máquina a un lugar seguro.”

Las baterías LTO tienen fama de ser capaces de tolerar altos niveles de abuso. “Queríamos una batería que pudiera funcionar en un amplio rango de temperaturas, de -30°C a 50°C,” explica Ryan. “También queríamos una capacidad de carga rápida y una batería de larga duración. Queríamos 20.000 ciclos completos de carga y descarga y, por los datos que estamos recopilando, creemos que estas baterías LTO alcanzarán ese rango cómodamente.”

Una idea errónea muy extendida es que la carga rápida de la batería reducirá de algún modo su vida útil. “Con esta química, no es así,” afirma Ryan. “Da lo mismo cuán rápido se cargue la batería. No afecta su vida útil.”

Cada Normet BEV viene con una infraestructura de carga en la parte superior de la máquina. “Los operadores pueden cargarlo en la cara si quieren,” dijo Ryan. “Pueden conectarse a la fuente de alimentación de los jumbos y otras máquinas eléctricas. Si la mina quiere carga rápida, también la ofrecemos con muchas opciones diferentes.”

“Una vez que los mineros empiezan a utilizar las máquinas, dejan de hablar de autonomía de la batería y empiezan a hablar de carga de oportunidad,” explica Ryan. “En otras palabras, cada vez que una máquina está parada, tienen la oportunidad de cargar y empiezan a ser muy inteligentes al respecto y la autonomía deja de ser un problema.”

El SmartDrive es global y puede funcionar en cualquier parte. Por ejemplo, la mina de Oyu Tolgoi, en Mongolia, cuenta con una de las mayores flotas de máquinas SmartDrive de Normet.

Al comparar la velocidad de rampa, la de SmartDrive puede ser más de un 133% superior. Por ejemplo, el cargador de explosivos SmartDrive puede subir la rampa a 12 km/h, frente a los 3-6 km/h del diésel. “En este tipo de aplicaciones en las que los cargadores almacenan agentes de voladura en la superficie y suben y bajan constantemente por la rampa, una mejora de aproximadamente el 133% podría suponer un aumento significativo de la producción,” afirma Ryan.

Cuando una mina adquiere una BEV por primera vez, suele comprender algunos de los riesgos, pero no todos. “Ayudamos a las minas con evaluaciones de riesgos y formando al personal para que entienda dónde están los riesgos,” explica Ryan. “Para nosotros es uno de los factores clave de diferenciación.”