Los sistemas de una sola altura más largos, los radios de curva horizontal más cerrados, las velocidades más rápidas y la mayor capacidad ocupan un lugar destacado en la lista de “lo que se busca” de los sistemas transportadores, junto con una mayor confiabilidad y mejores características medioambientales y de sustentabilidad, regeneración de energía, componentes más ligeros y diseños que sean aporten seguridad para los trabajadores. (Foto: Beumer Group)
Las mineras esperan que las próximas generaciones de sistemas transportadores de alta capacidad sean más largos, rápidos y poderosos. También les gustaría que sean más seguros, más silenciosos y de bajo consumo. Esto es lo que viene de parte de los principales proveedores.
Por Russell A. Carter, Editor Colaborador
Las cintas transportadoras no suelen figurar en las “Diez tecnologías que alterarán la industria minera” que las empresas de consultoría y estudios de mercado publican cada vez con más frecuencia. Sin embargo, el hecho de que al menos el sistema de transporte de material a granel de una mina pueda verse desde el espacio — el transportador de la mina de fosfato tierra adentro de Bou Craa, en Marruecos, hasta un puerto marítimo del Mediterráneo a 61 millas de distancia, considerado el más largo del mundo — confirma que la tecnología de transporte sigue siendo un eslabón grande e importante en la cadena operativa típica que va de la mina al mercado.
Un hecho menos conocido relacionado con ese sistema transportador del Sáhara Occidental es que, en realidad, no son los equipos transportadores los que pueden verse desde el espacio; es el polvo residual que se desprende del material transportado lo que lo hace visible para los astronautas, un recordatorio de que los transportadores de gran capacidad pueden generar grandes problemas relacionados con el control del polvo, la carga adecuada de las cintas y la necesidad de supervisar y mantener vastos tramos de equipos transportadores en zonas a menudo de difícil acceso.
Un rápido vistazo a solo una de las mayores empresas mineras del mundo ofrece una idea de la importancia que tiene contar con transportadores confiables y eficientes para lograr la producción planificada: La producción de cobre de la mina Kennecott de Río Tinto en Utah (EE. UU.) cayó un 36% interanual entre 2022 y 2023 debido en gran parte a problemas en el motor de una cinta transportadora que une la mina con un concentrador. Los problemas de disponibilidad de la cinta transportadora también obstaculizaron la producción en la mina de cobre Escondida, en el norte de Chile, en la que Rio tiene una participación del 30%.
Al mismo tiempo, la empresa ha tomado medidas en Australia para garantizar que los largos sistemas de transporte terrestre de sus minas de mineral de hierro de Pilbara rindan al nivel necesario. Por ejemplo, el año pasado Rio Tinto adjudicó dos contratos por un valor total de 61 millones de dólares australianos para el suministro de nuevas poleas transportadoras y la reconstrucción de poleas, que requerirán unas instalaciones especialmente construidas en Karratha (Australia Occidental). También adjudicó a Fenner Conveyors un importante contrato de suministro de cintas transportadoras para uno de los transportadores terrestres más largos de Rio en la región de Pilbara: el sistema transportador Western Turner Syncline, de 23,8 km de longitud (15 millas), uno de los tres transportadores terrestres de la mina Western Turner Syncline que alimenta de mineral a la operación minera Greater Tom Price.
Fenner suministrará 40 correas de cable de acero de 595 m de longitud cada una y un peso de algo más de 50 toneladas métricas. Estas longitudes de carrete, según la empresa, están optimizadas para reducir el número de empalmes necesarios para instalar la correa. Las correas fabricadas a medida contarán con los mejores compuestos de recubrimiento de Fenner, como el Tuff As, que ofrece una mayor resistencia a los cortes y a los desgarres, y el nuevo compuesto PowerSaver 2.0, de baja resistencia a la rodadura.
Comparando el Costo Medioambiental
Los propietarios de proyectos mineros casi siempre tienen la opción de elegir el modo de transporte de material a granel que desean emplear en una faena determinada. Por lo general, se considera que el transporte por camión es ventajoso para las operaciones en las que las zonas mineras activas pueden abrirse, cerrarse, desplazarse o requerir la mezcla de mineral de distintas zonas, mientras que los sistemas con máquinas transportadoras ofrecen ahorros en mano de obra y mantención, además de eliminar las emisiones derivadas del uso directo de combustibles de hidrocarburos.
En los últimos años, la mayor atención prestada a la huella de carbono de una empresa y al rendimiento de las emisiones exige ahora que los propietarios de los proyectos consideren la disputa entre transportador y camión desde un nuevo ángulo: las emisiones directas e indirectas de gases de efecto invernadero (GEI), no solo por el funcionamiento de cualquiera de los sistemas de transporte, sino también por los costes económicos y medioambientales asociados a la fabricación e instalación de un sistema determinado, junto con las emisiones de Alcance 3 relacionadas con los requisitos de infraestructura necesarios para permitir el funcionamiento del sistema. Un documento* presentado en la Conferencia Anual SME 2023 abordó esta temática, comparando cinco opciones de transporte -camiones de transporte diésel-eléctricos, camiones de transporte eléctricos a batería, camiones de transporte de pila de combustible, el Railveyor (un tren ligero propulsado por estaciones de transmisión fijas) y cintas transportadoras- en términos de emisiones de GEI.
No es de sorprender que el estudio estimara que los camiones de transporte diesel-eléctricos tienen las emisiones de GEI más altas de todos los métodos de transporte, con 0,096 kg CO2e/tonelada-km. Menos evidente, quizá, es su conclusión de que las emisiones de Alcance 3 asociadas a la infraestructura necesaria para cada método son las más elevadas en el caso de las cintas transportadoras, con 742 toneladas de CO2e/km de infraestructura. Según los autores, este elevado factor de emisiones se debe a la cantidad de materia prima y a la gran cantidad de trabajo de instalación que requiere la infraestructura de los sistemas transportadores.
Estas cuestionas medioambientales adicionales pueden tener el efecto de aumentar el peso de la toma de decisiones sobre el sistema para el propietario de un proyecto que contemple un sistema de transporte terrestre de gran capacidad. Beumer Group, uno de los principales proveedores del sector de sistemas transportadores, publicó recientemente un documento en el que aborda cómo las empresas mineras pueden hacer sus operaciones más sustentables para reducir su huella medioambiental. Beumer afirma que se basa en modernas herramientas de planificación y maquetación para ayudar a los operadores en una fase temprana del proyecto y diseñar una solución de transporte ideal en colaboración con el cliente.
Beumer afirma haber instalado el primer transportador terrestre con curvas horizontales a finales de los años sesenta. Desde entonces, los métodos de cálculo y los componentes, como rodillos, correas y accionamientos, han experimentado un desarrollo constante, lo que ha dado lugar a la implementación de sistemas de transporte cada vez más eficaces para rutas a menudo complejas. “Podemos adaptar exactamente nuestros sistemas a la tarea de transporte y la topografía requeridas,” afirma el Dr. Kilian Neubert, responsable mundial de minería de Beumer Group.
La empresa señala que, aunque las materias primas son necesarias para producir casi todos los bienes industriales y de consumo, su extracción tiene efectos de gran alcance sobre el medio ambiente y la sociedad.
“Las empresas mineras tienen que ganarse la confianza del público,” explica Neubert, que enfatiza por qué los operadores deben integrar la cuestión de la sustentabilidad en todos los aspectos de la planificación de una mina y mejorar la compatibilidad medioambiental del sistema global garantizando el transporte eficaz de mineral y roca estéril a grandes distancias. La optimización de las rutas y la selección de métodos adecuados permiten alcanzar estos objetivos, según la empresa, que señala que no hay dos sistemas de transporte iguales, aunque la tarea principal de transportar material a granel de A B parezca comparable.
Según el planteamiento de Beumer, el consumo de energía de las cintas transportadoras horizontales largas viene determinado principalmente por la resistencia principal en los ramales superior y de retorno en condiciones de funcionamiento estacionario. Esta resistencia se compone de la resistencia a la rodadura de los rodillos, la resistencia a la rodadura de las hendiduras y la resistencia a la flexión tanto del material transportado como de la cinta al pasar por encima de los rodillos. Las fuerzas necesarias para superar estas resistencias dependen de varios parámetros operativos y de diseño; sin embargo, pueden determinarse utilizando el “método de resistencia única.” Si se utilizan componentes con menores resistencias a la rodadura, como correas con una resistencia a la rodadura reducida o rodillos optimizados, los cálculos de los sistemas más modernos muestran unas fuerzas de tracción de la correa considerablemente menores que las de hace unos pocos años. Esto se traduce en menores costos energéticos, y también pueden seleccionarse radios más pequeños para las curvas horizontales debido a las menores fuerzas de tracción de la cinta transportadora.
La topografía del terreno existente también influye significativamente en el diseño del sistema de transporte. Para diseñar el sistema de la forma más eficiente y respetuosa con el medio ambiente, es preciso realizar un análisis en profundidad de los distintos casos de carga dinámica y una investigación exhaustiva de los radios de curva horizontal y vertical técnicamente viables. Esto es especialmente cierto en el caso de las líneas de transporte más largas y difíciles. Entre los posibles obstáculos que deben tenerse en cuenta durante la fase de planificación figuran las zonas residenciales, las carreteras y los ríos. “Hoy podemos diseñar transportadores curvos de hasta 20 kilómetros o más sin necesidad de una torre de transferencia,” explica Neubert. La capacidad de transporte de estos modernos sistemas puede diseñarse para más de 20.000 toneladas por hora.
“Utilizamos nuestra herramienta Overland Layout Tool para determinar la disposición ideal del sistema,” explica Neubert. “Genera un modelo digital en 3D del transportador en el paisaje virtual durante la planificación del proyecto, de forma más o menos automática.” Los datos topográficos críticos pueden proporcionarlos los clientes, o bien se utilizan drones para capturar datos del terreno. “Estas visualizaciones en 3D también son ideales para apoyar a las empresas mineras en su labor de relaciones públicas,” afirma Neubert. “Factores importantes como los trabajos de excavación necesarios y las estructuras de acero requeridas para el transportador pueden evaluarse e ilustrarse sobre esta base. Este procedimiento acelera considerablemente el proceso de planificación del proyecto y nos permite proporcionar datos críticos del proyecto al cliente en una fase temprana.”
Beumer también puede defender el uso de transportadores tubulares, una tecnología que la empresa empezó a desarrollar en los años noventa. En estos sistemas, los rodillos forman con la cinta un tubo que protege el material a transportar de las influencias externas y el entorno del polvo. De acuerdo a la compañía, esta solución de transporte es ideal para materiales finos a granel, como concentrados de mineral. Los transportadores tubulares también permiten radios de curva más cerrados y mayores ángulos de inclinación en comparación con los transportadores de correas cóncavas convencionales.
Pero, ¿qué ocurre si el material con partículas de gran tamaño requiere un diámetro de tubería mayor? La regla general es que el diámetro del tubo debe ser aproximadamente tres veces el tamaño máximo de las partículas. Para resolver este problema, Beumer desarrolló un transportador en forma de U. “Esta variante combina las ventajas de un transportador de cinta cóncava con las de un transportador de tuberías,” explica Neubert. Los rodillos dan a la cinta forma de U en lugar de tubo. El transportador en forma de U permite radios de curva más cerrados que un transportador de cinta cóncava, y mayores flujos de masa que un transportador tubular, además de proteger el material transportado de las influencias ambientales y el medio ambiente de la pérdida de material y las emisiones.
Un elemento importante de la gama de herramientas de planificación y disposición de sistemas transportadores de Beumer es la capacidad de generar modelos digitales en 3D del sistema en un paisaje virtual durante la planificación del proyecto, lo que permite evaluar todos los trabajos de excavación y las estructuras de acero necesarias para el proyecto. (Foto: Beumer)
Sistemas Más Grandes, Nuevos Desafíos
Todos los indicadores de tendencias del mercado de transportadores de gran capacidad apuntan a un futuro en el que estos sistemas crecerán en tamaño y potencia para satisfacer las crecientes demandas de producción de la industria. Se espera que los nuevos conceptos de diseño equilibren las ventajas de un mayor rendimiento con los correspondientes requisitos de eficiencia energética, seguridad y capacidad de supervisión del sistema. Las velocidades más altas y las mayores cargas de las cintas plantean desafíos para los operadores mineros en los ámbitos del control de derrames y control de polvo, así como a los proveedores de componentes para cintas transportadoras, como motores, acoplamientos, frenos, limpiadores de cintas y polines, rodillos y poleas. También habrá un mayor rango de oportunidades para que los proveedores de soluciones digitales ayuden a garantizar un diseño y un rendimiento óptimos mediante el modelado y el análisis de gemelos digitales.
Aunque el sector de los transportadores no es conocido como un semillero de innovaciones radicales en el desarrollo de productos, de vez en cuando surgen nuevos conceptos prometedores. Uno de los más recientes es la cinta transportadora sobre rieles, que combina elementos del transporte ferroviario liviano con la naturaleza continua de los sistemas de transporte convencionales.
¿En qué consiste? “En pocas palabras,” explica Stefan Ebert, responsable de modernización de líneas de productos de FLSmidth, “el transportador sobre rieles puede dividirse en tres segmentos: estación de cabeza y cola, bucle de giro y ruta de transporte (entre cabeza y cola). La estación de cabecera y cola sigue siendo básicamente la misma que la de un transportador convencional, con los mismos componentes, en particular correa, poleas, polines, accionamientos o soluciones de recogida.”
Desarrollado por la Universidad de Newcastle y thyssenkrupp — cuyo negocio de minería fue adquirido por FLSmidth en 2022, — el sistema transporta la cinta sobre carros con ruedas entre la cabeza y la cola, con la cinta como elemento tensor y los carros siendo arrastrados por su contacto con la cinta. Dado que los carros con ruedas circulan por los extremos de cabeza y cola de la cinta, la inspección automatizada elimina la necesidad de inspecciones diarias a lo largo de toda la cinta.
“Sin embargo, debido a la menor demanda energética de los transportadores sobre rieles, éstos tienen el potencial de diseñarse notablemente más pequeños que los transportadores convencionales con la misma capacidad. Por un lado, se puede sacar el máximo partido a los nuevos transportadores, pero, por otro, también existe la posibilidad de actualizarlos para reducir el consumo de energía o aumentar la capacidad, manteniendo las estaciones de cabecera y cola convencionales existentes.
“El bucle de giro es una solución para llevar las carretillas desde el lado de carga del transportador hasta el lado de retorno (y viceversa) y debe instalarse en ambos extremos del transportador, antes de la estación de cabeza y de cola. Puede diseñarse, en función del espacio disponible, en horizontal (simétrico o unilateral) o incluso en vertical.
“La propia ruta de transporte [incluye] nuevos módulos de transporte, equipados con vías de ferrocarril que transportan los carros ligeros con ruedas. Los efectos sobre la fricción gracias al acero sobre acero en lugar de caucho sobre acero impulsan el ahorro de energía.” Explicó que el sistema consta de cinco elementos básicos, además de la estructura de acero. Se trata de la cinta, la vía férrea, el cable metálico, los carros de soporte y las ruedas. “La correa utilizada es de diseño convencional de cable de acero y es igual a las correas de los transportadores convencionales. Las correas existentes con vida útil restante pueden utilizarse al actualizar una línea transportadora a la tecnología ferroviaria.
“Las vías férreas se apoyan en las estructuras de acero del módulo y transportan los carros. El diseño se basa en la tecnología ferroviaria convencional. El cable metálico conecta los carros entre sí para garantizar una separación correcta entre ellos.
“Los carros de soporte son ligeros, ya que hay que ‘llevarlos’ además de la cinta y el material, y tienen soportes para sostener y llevar la cinta. En caso necesario, se añadirán al carro medidas y elementos de diseño adicionales para mitigar los riesgos de desprendimiento. Las ruedas [se basan] en tecnología ferroviaria/de riel liviano probada y están diseñadas para autocentrarse y minimizar el desgaste.”
Ebert le contó a Equipo Minero que a principios de este año está previsto poner en marcha dos de estos sistemas en una gran operación cuprífera africana a finales de 2023 o en 2024.
A lo Seguro
A medida que los sistemas transportadores se hacen más grandes, más largos y más potentes, mientras que la mano de obra minera pasa de trabajadores experimentados y de mayor edad a empleados nuevos y “ecológicos,” los productos que ofrecen una mayor seguridad para los trabajadores, un menor peso por unidad y menos mantención pueden ayudar a “diseñar los peligros del sistema,” un tema que el proveedor de equipos transportadores Martin Engineering abordó recientemente, señalando que el diseño del sistema transportador debe tener “visión de futuro.” Esto significa superar las normas de cumplimiento y mejorar la capacidad de los operadores para incorporar futuras actualizaciones de forma económica, adoptando un enfoque modular.
Martin advierte de que optar en forma reflexiva por la vía tradicional de la oferta baja para obtener ingeniería de sistemas transportadores puede acarrear problemas de alto costo en el futuro. “La ingeniería de transportadores más seguros es una estrategia a largo plazo. Aunque el diseño absorbe menos del 10% del presupuesto total de un proyecto, los servicios de ingeniería, adquisiciones y gestión de la construcción (EPCM) pueden suponer hasta el 15% del coste de instalación de un proyecto importante.
“Este método mitiga varios riesgos laborales, minimiza la limpieza y la mantención, reduce el tiempo de inactividad no programado y prolonga la vida útil de la cinta y del sistema.” Antes de la fase de redacción, Martin recomienda que los diseñadores establezcan los objetivos de reducir las lesiones y la exposición a peligros (polvo, derrames, etc.); aumentar el tiempo de actividad y la productividad de la cinta; y buscar enfoques más eficaces para los continuos retos que plantean la operación y la mantención.
Un enfoque para mejorar la seguridad de los trabajadores que también puede ofrecer ventajas operativas es el uso de componentes comunes más ligeros y que consuman menos energía en las aplicaciones adecuadas. Los rodillos duraderos fabricados con termoplásticos resistentes o materiales compuestos ahora pueden igualar o superar la vida útil de las versiones tradicionales de metal más pesado y tienen el potencial de reducir las lesiones comunes de los trabajadores relacionadas con el mantenimiento simplemente por ser más ligeros y menos difíciles de manejar. PROK y Rulmeca, dos de los principales proveedores de rodillos, han introducido en los últimos años la tecnología de rodillos ligeros para aplicaciones de transporte en minería.
Según Rulmeca, su Rodillo Compuesto está fabricado con un tubo de polietileno de alta densidad relleno de vidrio. Según el proveedor, el material polimérico es robusto y el grosor de la pared del tubo proporciona una gran capacidad de carga y resistencia al impacto. El material es resistente a la abrasión y la corrosión causadas por factores ambientales o por el propio material transportado, lo que prolonga su vida útil incluso en condiciones de funcionamiento difíciles.
Según la empresa, el mecanismo de sellado del rodillo, equipado con una junta laberíntica FRAS y un protector contra piedras fijo, impide la entrada de polvo o humedad en la zona del rodamiento y resiste la acumulación de electricidad estática. El protector evita que el rodillo se detenga si se atascan piedras y proporciona una mayor protección para el sello y los rodamientos.
El nuevo rodillo de polietileno de alta densidad (HDPE) de PROK se presentó a mediados de 2021, y la empresa lo describió como más ligero, más duradero y diseñado para aplicaciones de alta velocidad y gran tonelaje en las que la confiabilidad es crucial. La empresa fue pionera en el uso de material ligero de HDPE en rodillos transportadores hace más de 10 años, cuando buscaba una solución que no dañara la cinta transportadora en caso de avería y redujera el riesgo de lesiones por manipulación manual al instalar o cambiar los rodillos.
Los rodillos de polietileno de alta densidad incluyen una disposición de sellado de primera calidad con propiedades de baja fricción para garantizar una baja masa de desprendimiento y resistencia a la rodadura durante la operación. Están disponibles en varios tamaños y cuentan con tecnología de indicador visual de desgaste.
Más recientemente, PROK ha presentado su Elevador de Correas, un dispositivo diseñado para reducir el riesgo de lesiones de espalda de los trabajadores derivadas de levantar manualmente las cintas transportadoras para sustituir los rodillos. Con un peso inferior a 25 kg, el Elevador de Correas es fácil de transportar y manejar por una sola persona. Está diseñado con las dimensiones estándar de montaje de los rodillos transportadores PROK y, según la empresa, es adecuado para el 95% de las aplicaciones de transporte.
El elevador, según la empresa, ofrece características que pueden mejorar la seguridad y simplificar el proceso de cambio de los rodillos transportadores: entre ellas, una configuración y un funcionamiento rápidos, con un accionamiento eléctrico que reduce el tiempo de inactividad necesario para cambiar los rodillos. El dispositivo proporciona una ayuda mecánica segura que reduce el riesgo de lesiones, permitiendo sustituir los bastidores de los polines con la misma facilidad que los rodillos. Además, el elevador de correas puede plegarse y reubicarse rápidamente, lo que reduce el tiempo de inactividad. La gama de productos también incluye una opción de servicio pesado adecuada para anchos de correa mayores.
