Entrenar los cerebros, visión y habilidad manual de los operadores es usualmente la mejor opción para aumentar la eficiencia en el sitio de carga, pero algunos problemas necesitan de la aplicación de soluciones de alta—e incluso no tan alta—tecnología

Por Russell A. Carter, Editor General

Cualquier persona que sepa de minería superficial conoce que el simple proceso de recoger cargas de rocas con cucharón y luego descargarlas en camiones grandes involucra más de lo que parece. ¿El camión llegó a tiempo para evitar que la pala esté en reposo de forma excesiva?, ¿está ubicado en la posición correcta para un óptimo ciclado de la pala?, ¿llegó con una tonelada de material de arrastre pegado en la cinta transportadora?, ¿el operador de la pala coloca la carga adecuadamente en la unidad?, ¿ha habido tiempo suficiente entre las llegadas y salidas de camiones para permitir que el cargador limpie el piso del foso? Con estos, y quizás una docena o más de factores adicionales relacionados a la carga que afectan la productividad, es fácil entender la razón por la que este paso es uno de los segmentos más estudiados y analizados de todo el proceso minero.

Esto también es una parte de la minería, en la cual pequeños números pueden generar grandes números, tantos buenos como malos. Aumentos porcentuales de un solo dígito en la eficiencia de carga de un sitio, pueden generar ingresos significativamente más altos por hora de servicio del camión, cuando los precios del metal son buenos, y pueden reducir el costo de la operación por tonelada cuando el mercado está a la baja. En cambio, una carga colocada mal o un error del conductor puede llevar a que un camión salga de producción, debido a daños en el chasis o en los neumáticos, perdiendo miles de dólares de ingresos en el proceso.

Dada la importancia de la eficiencia de la carga, es normal asumir que concentrarse intensamente en la mejora de la interacción camión/pala/cargador podría dar muy buenos resultados. Pero no siempre es tan fácil: como Kent Clifton, principal especialista en marketing para equipos de minería en Caterpillar Global Mining, dijo en la reciente conferencia de Transporte y Carga 2015 de Mining Media, es ciertamente posible obtener mejoras al concentrarse en las eficiencias, específicamente en el área de carga, pero para lograr resultados óptimos que lleven a un costo reducido por tonelada, es necesario tomar un punto de vista más amplio, mirando hacia arriba—a cuándo y cómo llegan los camiones al frente—y también hay que mirar en sentido descendente, monitoreando las condiciones con las que se encuentran los camiones cuando dejan el área y transportan cargas hacia el sitio de descarga.

Aunque un buen conocimiento de la geología del sitio, de las características del mineral y de los desechos, y de variables ambientales, junto con una adecuada gestión de flota y un entrenamiento completo del operador, constituyen la base de una operación de carga eficiente, las tecnologías emergentes pueden jugar un rol importante en el logro de una mayor productividad en varias etapas de las operaciones de carga y transporte. Aquí hay algunos ejemplos útiles, extraídos de las actas de la conferencia y también de los mismos proveedores de tecnología.

Llegar al Lugar Correcto
Independientemente del método de carga para camión que una mina use—lateral simple, lateral doble o con accionamiento estándar/modificado—los camiones de transporte que van llegando deben terminar en el lugar correcto al lado de la pala, para lograr un rendimiento óptimo durante el ciclo. Para los operadores que se acercan a lugares en los que el polvo, neblina, oscuridad, lluvia intensa o nieve dificultan la visión, estas condiciones pueden agregar grados de complejidad a las maniobras de colocación del camión—sin mencionar el cuidado extra que se necesita para estar atento a los vehículos ligeros que circulan el área.

A principios de este año, Neptec Technologies Corp., constructor de soluciones robóticas de visión inteligente 3-D, para automatización de máquinas en tiempo real en ambientes difíciles, anunció su exitosa prueba de valoración de concepto de su aplicación para Asistencia en el Lugar 3 DRi en la mina de carbón Fording River de Teck. Desarrollada en colaboración con Barrick, Teck Resources y Peck Tech Consulting, la aplicación para Asistencia en el Lugar 3 DRi es una aplicación de software basada en sensores que usa la plataforma de desarrollo de software 3 DRi (inteligencia en tiempo real 3-D) de Neptec y sensores láser 3-D OPAL con agente obscurecedor penetrante.

La aplicación para Asistencia en el Lugar 3 DRi usa sensores 3-D OPAL, montados sobre la pala, junto a un computador individual que ejecuta el 3DRi SDK y la aplicación de software de Asistencia en el Lugar, para escanear constantemente el área de carga que rodea la pala y reconocer y rastrear los camiones de transporte cuando se preparan para localizarse al lado de la pala para la carga. La aplicación calcula la posición de carga óptima al lado de la pala, determina una ruta válida para que el camión de transporte retroceda a esa posición, y le brinda al conductor del camión de transporte indicaciones en una pantalla durante las maniobras de colocación. El sistema es compatible con configuraciones de carga lateral simple o lateral doble. También alerta a los operadores de la pala y del camión de transporte sobre obstáculos que podrían aparecer en la ruta, e informa sobre la eficiencia de la maniobra de colocación para ayudar con el entrenamiento del operador y con una posterior evaluación comparativa.

Beneficios potenciales al usar el sistema incluyen:
• Identificar y rastrear los camiones de transporte en tiempo real a través de un agente obscurecedor.
• Dinámicamente guiar a los operadores de camiones hacia la posición de carga usando indicaciones visuales.
• Alertar a los operadores sobre obstrucciones en la ruta hacia el lugar de carga.
• Optimizar la colocación en el área de carga para minimizar el ángulo de oscilación de la pala, y al mismo tiempo evitar la degradación de los neumáticos del camión de transporte en la superficie activa.
• Mejorar los tiempos de colocación, minimizando las repeticiones y aumentando la confianza del operador.
• Un funcionamiento 24/7 en cualquier condición climática.

Revestimientos: Goma vs. Acero
Para Robert Paxman, Gerente de Apoyo Comercial en Minería para Metso, es simple cuando se trata de economía de la flota de transporte, “un camión que funciona produce dinero, y un camión que está parado te cuesta dinero. Nuestro trabajo es mantener el camión en servicio” al maximizar las ventajas asociadas con los revestimientos de la caja del camión. En la conferencia sobre transporte y carga, Henrik Persson, Gerente Global de Productos de Revestimiento en Metso, en conjunto con Paxman, hicieron una presentación donde expusieron los beneficios de los revestimientos de goma en comparación con los productos de acero.

Las mayores ventajas que proporciona el uso de revestimientos de goma para los camiones son tres, de acuerdo a los expertos de Metso: mejor absorción de tensiones—no sólo en la caja del camión, sino que a través de toda la estructura del camión; un aumento en la disponibilidad del camión debido a una mayor vida útil; y un mejor ambiente de trabajo para los operadores de camiones.

A partir de un aspecto de un estudio mayor—en este caso, en una mina de cobre a tajo abierto que opera 10 transportadores de carga útil de 320 toneladas que llevan gruesos de mineral de hasta 2 metros de largo. Metso afirma haber logrado ahorros de más de 3 millones de USD durante un periodo de cinco años, al analizar el rendimiento del revestimiento de goma en comparación con el acero. Durante el estudio, se instalaron sensores en puntos estratégicos para medir las vibraciones en los fondos de las bandejas de las tolvas, los sensores miden la deformación en el fondo de la bandeja, en las vigas transversales y en el eje de suspensión trasero y también el ruido en la cabina.

Los resultados de los sensores que midieron la vibración en el fondo de la bandeja durante la carga mostraron una gran diferencia; de acuerdo a Metso, hubo un 95% menos de vibración, medido en fuerza g, en camiones equipados con revestimientos de goma comparados con aquellos que tenían revestimientos de acero. De hecho, la disparidad en la vibración de los dos materiales de revestimiento fue tan grande que se tuvo que usar escalas diferentes para mostrar los resultados de una forma gráfica, de acuerdo a los autores: si la misma escala numérica hubiese sido usada para ambos materiales, el rango de vibración medido en el fondo de la bandeja con revestimiento de goma hubiera sido indetectable en forma gráfica.

De forma similar, los resultados obtenidos de la medición de la deformación en el fondo de la bandeja y en el eje trasero de la caja del camión con revestimiento de goma durante la carga y descarga, al compararlos con una bandeja con revestimiento de acero, mostraron una reducción drástica en la tensión y deformación generada en la unidad con revestimiento de goma.

Al evaluar, el ruido relacionado a la carga en la cabina, los sensores midieron un nivel de 97 dB en un cuerpo con revestimiento de acero cuando la roca del balde golpea el metal desnudo, comparado a 87 dB en la unidad con revestimiento de goma, representando una reducción de un 50%. Y aunque los sonidos intensos son amortiguados progresivamente por el material ya existente en el camión, los sensores aún indicaron un nivel de 95 dB para un camión con revestimiento de acero y 82 dB para un camión con revestimiento de goma durante la segunda carga del balde. Además, los autores señalaron que el ruido resuena mucho más con una bandeja con revestimiento de acero que con una con revestimiento de goma, creando una incomodidad adicional para el conductor.

Los ahorros de más de 3 millones de USD que Metso afirma haber logrado durante el transcurso del estudio de la mina, incluyeron reducciones en los costos de instalación inicial, servicio y mantención, menos piezas de repuesto necesarias para la instalación, menos consumo de combustible, menos material de arrastre y varios beneficios ambientales—todo esto sumó un número de 307.160 USD por camión x 10 camiones = 3.071.600 USD en total durante 5 años. Más difícil de cuantificar son los ahorros producidos por la reducción de incidentes como distracción del conductor, fatiga e incomodidad asociada al proceso de carga.

Dar Importancia a la Carga Útil
Determinar hasta qué punto los procedimientos de carga de una mina permiten que sus camiones permanezcan dentro de los pesos de carga útil recomendados es importante por muchas razones, incluyendo el consumo de combustible y el ciclo de vida del neumático, el frenado del vehículo y el funcionamiento del sistema de dirección, la vida útil de los componentes, y por último, pero no por ello menos importante, el soporte de cobertura de garantía y/o contratos de mantención y reparación. Probablemente, la norma más familiar respecto a asuntos de carga útil/sobrecarga es la norma “10/10/20” de Caterpillar, que establece que la media (promedio) de distribución de carga útil de un camión no debe exceder la carga útil meta, no más de un 10% de su carga debe exceder 1,1 veces su carga útil meta y ninguna carga útil debe nunca exceder 1,2 veces la carga útil meta.

Caterpillar pone de manifiesto el rendimiento de la carga útil de una operación a través de su Sistema de Gestión de Producción para Camiones (TPMS, por sus siglas en inglés), una herramienta que rastrea las cargas, los tiempos de ciclo y los datos de la carga útil en sus transportes de clase minera. Komatsu cuenta con el Medidor de Carga Útil III (PML III, por sus siglas en inglés), que igualmente mide y registra parámetros de producción claves incluyendo carga útil; retorno sin carga; identificación del operador; ciclo de transporte, carga, tiempo de descarga y fecha; distancia recorrida (con carga y sin carga); información del tiempo de ciclo; velocidades máximas (con carga y sin carga); una estimación de la TMPH (tonelada-milla por hora) para los neumáticos delanteros y traseros; y velocidad promedio (con y sin carga). Hitachi afirmó que ha logrado mejoras en el sistema de carga útil instalado en sus camiones nuevos, incluyendo los modelos recientemente introducidos EH3500AC-3, que entrega una capacidad nominal de carga útil de 181 toneladas métricas (mt.), y el EH4000AC-3, con una carga útil de 221 mt.; los errores de medición se han reducido al reconocer y aplicar cambios en el peso del combustible a bordo para la clasificación de la capacidad nominal de carga útil del transporte.

Sin embargo, la calibración de los sistemas de carga útil basados en camiones requiere tiempo y cuidado, y debe realizarse de acuerdo a las instrucciones y especificaciones de los fabricantes, aunque muchas unidades en servicio actualmente simplemente no tienen sistemas instalados. Muchas operaciones dependen de sistemas de carga útil basados en la pala para evitar casos de sobrecarga o poca carga que debiliten la productividad del transporte.

Fabricantes de equipos originales de palas para minería, como la unidad P&H de Joy Global ofrecen sistemas que son compatibles con soluciones populares de gestión de flotas y minas de Modular Mining Systems, Wenco y otros. La interfaz universal de pala P&H, que funciona con cualquier pala equipada con sistemas de control Centurion, permite que los datos de funcionamiento y rendimiento de la máquina puedan compartirse con paquetes de software de terceros. Específicamente, el sistema de carga útil de P&H entrega la siguiente información clave:
• Actual y anterior carga útil del cucharón de pala, en toneladas.
• Tendencia de la carga útil del cucharón de pala.
• Tiempo de carga actual del camión en segundos.
• Actual desvío del objetivo.
• Actuales toneladas acumuladas en el camión.
• Tiempo de ciclo actual en segundos.
• Ángulo de oscilación, en grados.
• Toneladas totales por turno, en toneladas enteras.
• Toneladas por hora de operación por turno.
• Tiempo de carga promedio del camión por turno.
• Toneladas promedio en el camión por turno.
• Tiempo de ciclo promedio por turno.
• Toneladas/hora de operación por turno.

Además, la carga útil disponible de P&H con sistema Pin mide la carga útil directamente usando un pin patentado e instrumentado y una célula de carga montada en la polea del extremo del aguilón. La célula de carga mide el izamiento, la excavación, y las fuerzas de carga suspendidas directamente, correlacionando los datos con el peso del cucharón de pala.

La empresa australiana MineWare cree que el monitoreo de la carga útil basado en la pala está configurado para reemplazar métodos tradicionales basados en el camión, a través de ahorros significativos en los costos, el suministro de datos más exactos y en última instancia, una carga útil más consistente en los camiones. MineWare, que se especializa en el desarrollo de sistemas de monitoreo de palas y dragas cavadoras, indicó que tiene más de 120 operaciones actualmente usando estos productos. El Fundador y Director General de la compañía, Andrew Jessett, recientemente llamó la atención sobre cómo variaciones en el rendimiento del operador y las propiedades de los materiales constituyen un problema costoso para la industria minera global.

“Los métodos tradicionales de carga útil basados en el camión tienen desafíos inherentes como la calibración de los sensores del camión, la falta de un sistema de pesaje en los camiones, y la cantidad de tiempo que demora que los datos de carga útil lleguen al operador. Estos desafíos pueden afectar la exactitud de la información y la utilidad de los datos. Mantener una flota de sistemas de carga útil para camiones calibrados con precisión es un desafío para cualquier yacimiento minero,” afirma Jesset, notando que la falta de un sistema consistente de control de carga para camión puede causar impactos costosos como sobrecarga y cargas insuficientes en los camiones, descarga en el frente y concentración de camiones.

Jesset considera que “todos estos impactos pueden llevar a tasas de producción más bajas y costos de mantención más altos de los camiones de transporte, incluyendo fallos prematuros de los neumáticos y costos más altos en combustible. Al proporcionar información en tiempo real al operador, los sistemas de monitoreo de la carga útil basados en la pala, permiten un buen entrenamiento para los operadores de la pala y de excavadoras, para llenar consistentemente los camiones con una variación más pequeña en la carga final del camión. Si la carga útil del camión es más consistente, la productividad mejorará y los costos de operación disminuirán.”

Jessett explicó que tener incluso una mejora de un 1% en la producción, gracias a una herramienta de carga puede entregar grandes resultados para los yacimientos mineros-pero, señalando un estudio de caso reciente de uno de los clientes de minería de Norteamerica de MineWare, él dijo que el sistema Argus de MineWare contribuyó a lograr un aumento de más de un 10% en el rendimiento de carga de los camiones para el cliente.

“Para nuestro cliente, eso significó un aumento promedio de 39 toneladas métricas por carga, por camión. Y en base a 14.000 cargas, eso es 546.000 toneladas métricas más cada mes y un importante beneficio económico de más de 1 millón de USD por mes-basado en 2 USD/carga.”

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