Una combinación de las presiones económicas, los avances tecnológicos y una mayor conciencia de las opciones disponibles está orientando el interés de la industria hacia el ahorro de kilovatios
La correcta selección del lubricante para las cajas de engranajes de los molinos puede ahorrarle a un operador de mina miles de dólares al año por cada unidad, al reducir la energía y costos por paradas no programadas.
Es evidente, incluso para un observador casual que escucha un tren de carbón de una milla de largo retumbar por ahí o ve camiones de carga subir por un rajo de cobre en un documental de los “más grandes del mundo” de un canal del cable, que la minería es una industria de alto consumo energético. Pero su relación con la energía va más allá de lo obvio, además de ser un cliente consumidor de energía, es también un proveedor para el sector de la energía, proporcionando combustibles como el carbón y el uranio, así como el hierro, cobre y otros metales necesarios para la producción y la generación; y es a menudo un productor de energía en sí, al construir instalaciones eléctricas en lugares remotos donde no existen infraestructuras energéticas de ningún tipo en su lugar.
La industria minera, a cualquier nivel comercial, necesita energía, y mucha, pero los costos de la energía están subiendo. Se estima que dichos costos representan actualmente alrededor del 15% del costo total de la producción. La competencia para el suministro de energía desde otros sectores de la industria, junto con la preocupación social por los recursos y el medio ambiente, serán sin duda los que impondrán costos incluso más altos en el futuro. Por lo tanto, no es de extrañar que “la eficiencia energética” se está convirtiendo en un refrán popular en la planificación y la creación de informes de las empresas de la industria minera.
Trabajar a favor de la industria es el hecho por el cual la eficiencia energética es una filosofía relativamente nueva para ésta, y abundan oportunidades para que las empresas tomen medidas para aumentar la eficiencia en las áreas de mayor preocupación para éstas. Según extractos de un estudio del 2012 realizado por la empresa consultora Accenture*, se señala: “Las oportunidades de ahorro de energía en la minería abarcan la exploración, la excavación y las etapas de procesamiento de las operaciones. Específicos de la exploración, las empresas pueden utilizar tecnologías no invasivas como las tecnologías de monitoreo remoto y terrestre para minimizar la excavación y perforación exploratorias.
“En la etapa final del proceso de materiales…se puede ahorrar energía al dimensionar y mantener correctamente los sistemas motrices, utilizando motores premium en eficiencia y variadores de velocidad en aplicaciones con diferentes requisitos de carga,” señala el estudio.
En muchos casos, el máximo retorno de la inversión de los esfuerzos de la eficiencia energética sólo se logrará en las minas nuevas, donde los equipos y las tecnologías para mejorar la eficiencia son fusionados al plan del proyecto desde el inicio. Pero también hay un montón de oportunidades para incrementar las mejoras que pueden generar otros beneficios.
Por ejemplo, ABB lanzó recientemente su sistema SmartVentilation para minas, descrito como una “solución completa” para el gran desafío de proporcionar aire fresco y purgar gases tóxicos de las minas subterráneas. También minimiza el consumo de energía al ventilar sólo aquellas áreas de una mina que lo requieren. ABB estima que esta capacidad de trabajar según la demanda podría reducir la factura de la electricidad de las minas en más de un 50%.
El sistema está dividido en tres niveles de implementación, el SmartBasic, SmartMid and SmartPerfect, proporcionando un nivel de escalamiento de control por sobre la operación de los ventiladores de admisión y extracción de la mina. Los operadores de minas tienen la opción de instalar un nivel de implementación y pueden actualizarlo posteriormente, si es necesario.
Los ventiladores y las unidades de mando del sistema se entregan en forma modular y son controlados por la plataforma de automatización industrial 800xA del sistema ABB. Esta ofrece a los operadores, ingenieros, y gerentes de la mina una manera fácil de supervisar y controlar la ventilación desde un lugar central o mediante dispositivos móviles.
El volumen de los servicios y tecnologías que puede ofrecer un aumento similar en la eficiencia energética para otras facetas de las operaciones de una mina, se está ampliando constantemente y el alcance de las posibles mejoras disponibles para los operadores de minas se extiende mucho más allá de las capacidades de un breve artículo de una revista a analizar a fondo. Sin embargo, en un intento por ofrecer una perspectiva micro-macro sobre las posibilidades, Equipo Minero invitó a dos colaboradores para describir dos métodos muy viables, pero altamente divergentes, para reducir los costos: A nivel micro, cómo la fórmula y selección adecuada de la grasa pueden ahorrar miles de dólares por los costos de energía de la molienda; y en el nivel macro, cómo una auditoría de energía a nivel de toda la mina, puede permitir a un operador reducir significativamente los costos energéticos en general.
Aprovechando la Lubricación para Reducir los Costos Energéticos
Cuando realiza proyectos de mejora de la eficiencia energética, Klüber Lubrication utiliza analizadores de potencia y energía, análisis termo- gráfico y otras herramientas para hacer que el ahorro de la energía sea “visible.”
Daniel Narnhammer, jefe del centro de competencia mundial de minas para Klüber Lubrication en América del Norte, entregó el siguiente ejemplo de ahorro que deriva de la correcta selección de lubricante para la caja de engranajes de un molino.
Narnhammer señaló que los fabricantes de equipos tienen el desafío permanente de minimizar los costos operativos, reduciendo los gastos de mantención y tiempos de servicio, así como mejorar la eficiencia de los equipos. Una manera de hacerlo en forma inmediata y eficaz en función de los costos, es utilizando lubricantes de alta calidad en las maquinarias y sus componentes, como las cajas de engranajes. Los molinos horizontales con grandes engranajes abiertos utilizan cajas de engranajes de multi-megavatios para impulsar el piñón. Estos reductores planetarios de varias etapas a menudo contienen 500 litros o más del aceite mineral tradicional para engranajes, el cual cuesta unos cuantos cientos de dólares. La siguiente tabla muestra una comparación del aceite mineral versus un aceite sintético alternativo.
Cuando se cambia de un aceite mineral a un aceite sintético, una mejora de eficiencia de sólo un 2% en la caja de engranajes de un molino puede resultar en un ahorro superior a $42.000 dólares en costos de energía en un año dado. ¿Cómo puede explicarse dicho ahorro? Por el coeficiente de fricción:
El PAO, o aceites sintéticos en base a poliglicol, tiene valores inferiores en comparación con los aceites minerales; por ejemplo, 0,06µ para aceites minerales vs. 0,03µ para poliglicoles. Al reducir la fricción al mínimo entre los flancos de los dientes y el interior de los rodamientos, el aceite contribuye a la eficacia general de la caja de engranajes.
Además, las pérdidas de fricción resultan en baños de aceite con elevadas temperaturas. Las temperaturas más altas del aceite tienen un impacto negativo en la vida útil en servicio del aceite. De acuerdo a la ecuación de Arrhenius, la temperatura del aceite a unos pocos grados más abajo puede duplicar la vida útil del aceite para engranajes, lo que se traduce en menores costos de eliminación y mantención.
En realidad, el cálculo del ahorro de energía no es tan simple: se deberán considerar los factores de carga, las pérdidas por salpicaduras, el diseño de los engranajes y los factores circundantes. Esto resulta en un factor, el cual muestra el consumo de energía por bien producido. En el caso de los molinos, es kWh/ton por mineral molido. Esto hace que sea posible comparar “manzanas con manzanas.” Klüber Lubrication utiliza analizadores de potencia y energía, análisis termográfico y dispositivos de medición del par motor para que el ahorro de energía sea visible, así como métodos estadísticos de acuerdo con las normas internacionales para eliminar los factores de influencia.
Klüber Lubrication inició su programa de eficiencia energética hace varios años. Ahora, con más de 100 proyectos de eficiencia energética realizados en diferentes industrias, están seguros de decir: Los proyectos de ahorro de energía se encuentran entre aquellas inversiones que se pagan en unos pocos meses, generan ahorro y no están relacionados con grandes gastos en equipos nuevos.
Lecciones de Una Auditoría Energética a Una Mina
Ruth Fain, científica sénior en materia del medio ambiente y Dave Mercer, líder en energía y carbono en Golder Associates U.K., sugieren que una de las mejores maneras para que las empresas mineras reduzcan los costos operativos y al mismo tiempo hagan más eficientes sus operaciones, consiste en identificar y eliminar las fuentes de energía desperdiciada. Es probable que los operadores se beneficien enormemente del aprovechamiento de las nuevas tecnologías y de las medidas de la eficiencia energética, que al mismo tiempo reducen los costos y la demanda de energía. Los siguientes párrafos describen cómo Golder Associates abordó estas inquietudes cuando realizó una auditoría energética a uno de sus clientes mineros.
Fain y Mercer confirmaron que, en los últimos años, la eficiencia energética ha aumentado de manera significativa en la tecnología minera. Estos avances ofrecen soluciones a algunos de los principales desafíos que los operadores han enfrentado históricamente. Como consultoría ambiental a nivel mundial, con un largo historial de trabajo en el sector de la industria minera, Golder Associates está bien posicionada para compartir conocimientos y diseño e implementar cambios reales y beneficios definitivos.
Golder se encargó de llevar a cabo una auditoría energética e identificar los posibles ahorros de costos en una gran mina en Asia Central. Mientras que la explotación minera en el sitio comenzó durante la primera mitad del siglo 20, la planta de procesamiento en sí había estado en funcionamiento sólo desde el año 2008, y algunas de las maquinarias para la minería originales habían sido actualizadas a diseños más modernos alrededor de la misma época. El operador ya había comenzado a invertir en los lugares adecuados, pero de hecho, incluso con esa maquinaria nueva, aún se podían realizar muchos ahorros adicionales.
La operación es enorme; en el año 2011, la mina procesó más de 700.000 toneladas métricas ™ de mineral y una expansión planificada en el momento se centró en aumentar aún más la producción. Para impulsar estos exigentes objetivos, el operador utilizó, y aún utiliza, una combinación entre la electricidad generada por la red de alimentación local y el combustible diésel para vehículos, hornos y calderas. Para concluir la auditoría energética, el equipo de Golder identificó varios problemas con el suministro de la energía local, lo que significa que el sitio no estaba funcionando a su máximo potencial. Por lo tanto, Golder proporcionó un conjunto de soluciones que reducirían los costos de la energía y aumentarían la eficiencia energética en toda la mina para apoyar la expansión de las operaciones mineras dentro de la infraestructura eléctrica existente.
Cortando a Través del Hielo
La naturaleza compleja de Asia Central provocó que el consumo eléctrico se aproximara al umbral de conexión de la red local, por lo cual se restringió la electricidad. Esto es obviamente problemático para una mina, y fue algo que era necesario abordar inmediatamente. Los altos niveles de consumo eléctrico se deben en parte a una planta de desagüe que se estaba operando fuera de los parámetros óptimos. También se identificaron inconsistencias en el rendimiento de los chancadores, lo cual provocó que el mineral enviado a los molinos estuviera fuera de la especificación. Esto afectó su rendimiento energético y la producción general de mineral.
Las demandas de energía se complicaron aún más por las condiciones ambientales del sitio; gran parte de la estepa euroasiática es conocida por su clima altamente variable y extremo. Estas condiciones afectan directamente la intensidad de la energía de las operaciones de procesamiento del mineral, con un mayor consumo de electricidad en el sitio durante el invierno. Las temperaturas de invierno tan bajas como -40°C también pueden dar lugar a la formación de hielo en el mineral, lo cual afecta negativamente las operaciones de chancado y molido. Los chancadores necesitan más energía para procesar el mineral congelado y los efectos de la temperatura sobre la maquinaria también reducen el volumen de mineral que puede ser procesado durante los meses de invierno.
Fuera a lo Viejo, Bienvenido lo Nuevo
Para mitigar los altos niveles de energía y superar las condiciones meteorológicas extremas, Golder propuso una serie de soluciones. Para las instalaciones de molienda, recomendó sistemas de control expertos para los molinos de bolas en lugar de la práctica pre-existente de cargar los molinos de bolas a 1 MW. Sólo esta recomendación tiene el potencial de ahorrar más de 820 MWh al año.
De igual manera, se identificaron ahorros en un nuevo sistema de ventilación y alumbrado propuesto y planificado por el operador. Mediante un análisis de valor al diseño, Golder presentó una oportunidad para implementar sistemas de eficiencia energética más nuevos y más avanzados, con períodos de retorno de inversión realistas. Golder propuso instalar controladores de velocidad variable y sistemas de ventilación según demanda (VOD) con el fin de minimizar los desperdicios durante los tiempos de parada operacional, ahorrando potencialmente hasta 700 MWh al año. También se recomendó una reducción identificada en la presión del aire comprimido hacia los tanques de lixiviación y se pronosticó un ahorro adicional de 820 MWh al año.
Otro factor que fue necesario abordar fue el alto nivel de consumo de diésel. Las facturas de la mina mostraron que el diésel fue adquirido mediante contratos a largo plazo y representaban alrededor del 60% de la energía comprada en el año 2011. La mina, al igual que muchos de sus competidores, ha registrado en los últimos años un aumento progresivo en el consumo de diésel. Esto se debió a la baja continua de las leyes de mineral y la necesidad de extraer más mineral para producir la misma cantidad de mineral. Por lo tanto, los grandes camiones de carga que transportan mineral y roca estéril tuvieron que viajar largas distancias más frecuentemente, lo cual a su vez hizo que consumieran más diésel.
Sin embargo, el monitoreo en terreno del consumo de diésel en la mina era deficiente y no era posible predecir el nivel de demanda ni evaluar el rendimiento de los procesos que utilizaban combustible diésel. Como resultado de ello, Golder sugirió que la dirección sustituyera los medidores de combustible existentes por modelos digitales más nuevos con capacidad para conectarse con sus sistemas de datos. Esto, junto con un estudio más detallado de las opciones de distribución, era probable que resultara en un ahorro estimado de 5% al año.
Debido a que las leyes de mineral por lo general bajan y las distancias del transporte de cargas aumentan, la medición del consumo de combustible de la flota de transporte se vuelve más importante para cualquier esfuerzo por mejorar la eficiencia energética.
Administrativos, No Sólo Técnicos
Los aspectos administrativos son a menudo tan importantes como los aspectos técnicos. Es de vital importancia que todo el personal de gestión cuente con los conocimientos y aptitudes esenciales que le permitan comprender la importancia de las buenas prácticas ambientales y que valoren sus roles individuales para asegurar su cumplimiento, y los beneficios empresariales que éstas pueden aportar.
En la mina de Asia Central, Golder recomendó a la administración de la mina revisar sus procesos generales para la presupuesto energético y la planificación de capital, e implementó procesos de auditoría sistemáticos y transparentes con monitoreo y presentación de informes periódicos del progreso en dirección a los objetivos de la mejora energética. Dichos informes aseguran que el trabajo de gestión de la energía sea cuidadosamente monitoreado y pueden evitar que una auditoría energética se convierta en “flor de un día” y que, por el contrario, aporten beneficios operacionales a largo plazo.
Haciendo Ahorros
La auditoría energética en Asia Central identificó una serie de mejoras técnicas y de gestión para la eficiencia energética, para lo que en un principio parecía ser una mina actualizada. Los resultados reducen significativamente la demanda en un suministro eléctrico restringido, lo cual permite al operador reducir alrededor del 3% de los costos totales de la energía.
No hay dos minas que sean iguales, pero muchos de los principios de la eficiencia energética pueden ser aplicados para liberar capital que es muy necesario para otros gastos operativos, lo cual es un gran beneficio para cualquier empresa minera. Las lecciones aprendidas del trabajo realizado en Kazajstán pueden ser adaptadas y aplicadas a muchas minas en todo el mundo.
* Energía sustentable para todos: Oportunidades para la Industria Mundial de Minería y Metales, 2012. (Sustainable Energy for All: Opportunities for the Global Metals and Mining Industry, 2012.)
