Aunque el concepto de camiones de extracción sin conductor surgió en los 70’s, pasaron 30 años para que los primeros sistemas tomaran forma. Equipo Minero analiza los desafíos y los logros.
A pesar que el concepto de camiones de extracción sin conductor se ha debatido por décadas, en la realidad ha sido muy difícil su implementación. Sin embargo, un pequeño puñado de faenas mineras han liderado el camino, y la experiencia adquirida por estas pioneras ha ayudado a llevar el concepto, al menos en parte, a su madurez. Con la seguridad como su aspecto más crítico, y los incidentes relacionados a la seguridad como los más factibles de recibir fulminantes críticas, ha sido un proceso gradual de aprendizaje para las faenas mineras y los fabricantes de máquinas involucrados. Que la tecnología ha sido implementada con, en general, un buen récord de seguridad, es un testimonio tanto de su solidez como de la dedicación de la personas que la han logrado satisfactoriamente.
Nadie discute que ha habido inmensas dificultades a lo largo del camino. Hacer funcionar una mina con camiones autónomos no es sólo una cuestión de sacar al conductor de la cabina y ponerlo en un centro de control. Si ya está operando, la faena tiene que ser rediseñada, no sólo para tomar el concepto en cuenta, sino también para asegurarse que brinda los beneficios previstos—así es fácil ver que la irrupción del acarreo autónomo es en realidad más simple cuando es parte integrante del diseño de una nueva mina. No es de sorprender, entonces, que aunque los ensayos iniciales se realizaron en secciones independientes de minas existentes, la mayoría de los sistemas que operan hoy se pueden encontrar donde las compañías mineras han aprovechado la oportunidad para su instalación en rajos nuevos.
Entonces, ¿cuáles son los principales impulsores detrás de la irrupción del acarreo autónomo en las minas a cielo abierto? Uno es la seguridad, ya que es menos probable que los sistemas automatizados experimenten errores impredecibles comparados con sus contrapartes accionadas manualmente. En una presentación sobre camiones de extracción automatizados, el Profesor John Meech de la Universidad de British Columbia indicó que en todo el mundo, normalmente dos o tres operadores mueren cada año debido a incidentes resultantes de un error humano.
La economía ciertamente es otro, ya que el costo de emplear a un grupo de choferes para conducir un camión las 24 horas es sustancial. Agréguese a eso el descarnado hecho que, manejar un camión de extracción grande durante un turno de 10 ó 12 horas en un ciclo regular de carga-acarreo-descarga-retorno es esencialmente una tarea tediosa. Como el tedio rápidamente lleva al aburrimiento, la posibilidad de la falta de atención aumenta proporcionalmente, y allí el riesgo de cometer errores.
También hay un problema de insatisfacción con el trabajo en minas ubicada es lugares remotos—tales como la mina Pilbara en Australia Occidental—experimentando una alta rotación de operadores simplemente por las condiciones de vida y trabajo. La escasez de operadores calificados también se está volviendo algo común, con los conductores de camiones y el personal de mantención a la cabeza de la lista de oficios afectados. Otra razón más para que las faenas mineras en lugares remotos busquen seriamente reducir su dependencia de personal que puede ser difícil de conseguir, difícil de retener, y caro de emplear.
Los Actores Claves
Hasta la fecha, la irrupción de los camiones de extracción autónomos ha sido específicamente para ciertas operaciones, centrándose predominantemente en minas que producen hierro y cobre. Trabajando con Komatsu, Codelco tomó la iniciativa, primero con pruebas en su mina de cobre Radomiro Tomic en el norte de Chile, y luego con la introducción de camiones autónomos en Gabriela Mistral (Gaby), los que se pusieron en servicio el 2008 como la primera mina a cielo abierto en confiar completamente en esta tecnología.
Komatsu también ha estado fuertemente involucrado con la integración de camiones autónomos como parte del programa Mina del Futuro de Rio Tinto, que ha crecido sostenidamente desde que las primeras unidades comenzaron a trabajar en West Angelas en el 2008. Posteriores ampliaciones han puesto máquinas en operación en Yandi y, más recientemente, en Hope Downs 4, con Rio Tinto apuntando a tener una flota de 150 en su faena de hierro Pilbara para el 2015.
No es de sorprender que estén enfrentando el mismo desafío, los otros operadores de Pilbara han hecho lo mismo, aunque favoreciendo el enfoque de Caterpillar en cuanto al acarreo autónomo. Habiendo realizado una prueba inicial en su mina de carbón Navajo en los EEUU, BHP Billiton ahora está construyendo su flota de camiones autónomos en Jimblebar, mientras Caterpillar está trabajando con Fortescue para introducir la tecnología en su centro de Solomon. Cabe recordar que Fortescue ya ha mostrado su veta innovadora con el uso de minadores de superficie en sus operaciones con hierro, así que la inversión en acarreo autónomo parece lógica.
El más reciente participante en este desafiante mercado, Hitachi, comenzó a trabajar en Abril en la mina de carbón de Meandu en Queensland. Aquí, la compañía está llevando a cabo una prueba en tres camiones, aunque en forma independiente del dueño de la mina, Stanwell Corp., durante los próximos tres años para probar su versión de la tecnología en un ambiente operacional.
Creaciones en el Transcurso del Tiempo
Una de las áreas claves a partir de la cual ha crecido el acarreo autónomo con camiones ha sido el concepto de despacho automatizado. Desde sus primeros días en los 80’s, empresas tales como Modular Mining Systems y Wenco International han desarrollado sus sistemas continuamente, con multitud de instalaciones en todo el mundo, ayudando a minas a cielo abierto a optimizar los movimientos de sus flotas extractivas. Reconociendo el valor de estos sistemas para el acarreo autónomo, Komatsu ha ido rápido con su adquisición de una participación en Modular en 1996, aumentando esta a propiedad total en el 2003.
En un comunicado de prensa emitido para coincidir con el innovador acuerdo de Komatsu con Rio Tinto el 2011, Modular explicaba que su contribución al sistema de acarreo autónomo de Komatsu incluye el sistema supervisor, inteligencia operacional, infraestructura de operaciones, informes de operación y tecnologías de seguridad de interacción de vehículos. “El acarreo autónomo es el lógico e importante siguiente paso hacia el aumento de la productividad y la seguridad, reduciendo los costos de mantención y los impactos ambientales, y creando trabajos de alta tecnología en la industria minera,” agregó la compañía.
La posterior adquisición de Hitachi de un participación en Wenco a mediados del 2009 simplemente confirmó lo que los observadores de la industria ya habían asegurado: que los sistemas de gestión de flotas sofisticados son una base fundamental para el desarrollo de sistemas de acarreo autónomo (AHS). Hitachi así lo ha confirmado en su anunció en Abril el año pasado sobre las pruebas en Meandu. “El objetivo es entregar soluciones AHS optimizadas a los clientes,” dijo la compañía, “basadas en el probado sistema de volquetes con accionamiento AC Hitachi en colaboración con los últimos productos de Wenco International Mining Systems Ltd.”
Como lo indicara Meech, algunas preguntas fundamentales que todo sistema de acarreo autónomo tiene que responder incluyen la localización, navegación, evasión de obstáculos y diagnóstico de la máquina. Para poder incorporar aspectos tales como la programación de la producción y la mantención, así en conjunto, un sistema competente significa mucho más que simplemente monitorear los movimientos de la máquina por GPS.
Los Primeros Días de Komatsu…
Camión de acarreo autónomo 930E-4AT de Komatsu.
En una edición de su revista para clientes, Views, publicada el 2010, el gerente general de Komatsu para sistemas de acarreo autónomo, Takao Nagai, explicó que la compañía había estado investigando la posibilidad de este tipo de sistema desde los 70’s, con las primeras pruebas importantes acometidas en una mina de carbón Australiana en 1995. “Por aquel entonces, nuestro sistema solamente era capaz de encargarse de no más de cuatro camiones volquete sin conductor,” dijo. Para aumentar el número de unidades en control, necesitábamos desarrollar un sistema de gestión de flotas, pero casi no teníamos experiencia en desarrollar tal software en Komatsu.”
La solución llegó con el amarre de Komatsu con Modular Mining Systems (MMS) en 1996, con Nagai indicando que “desde entonces, MMS ha jugado un papel cada vez más importante en la comercialización de AHS.”
“En el 2002, obtuvimos el visto bueno en la compañía para nuestro plan de desarrollo para AHS, e iniciamos su desarrollo para uso en grandes operaciones mineras,” dijo Nagai. “Después de desarrollar y probar el sistema por cerca de tres años, en Diciembre de 2005 comenzamos a probar una flota de cinco camiones volquete sin conductor 930E-AT en la mina Radomiro Tomic de Codelco.
“En Enero del 2008, entregamos formalmente 11 camiones sin conductor a la mina de cobre Gaby de Codelco, marcando la primera comercialización en el mundo de AHS. Bajo operación estable, 11 unidades transportaron 48,5 millones de toneladas métricas ™ de material, incluyendo 24,5 millones de tm de mineral, y contribuyeron a la producción de 148.000 tm de cobre para el año fiscal 2008/09.” Otro camión se incorporó a la flota el año siguiente, desde entonces, el número de camiones ha aumentado a 17.
Analizando algunos de los desafíos que involucra hacer que el acarreo con camiones autónomos sea lo más eficiente posible, Nagai dijo, “Una de las tareas exigentes del desarrollo futuro tiene que ver con cuanto podemos acercar nuestro AHS hasta niveles humanos de inteligencia y habilidades. Conductores experimentados pueden sacar el mejor desempeño posible a sus camiones con sus habilidades superiores de conducción, mientras que nosotros necesitamos producir una serie de límites en los camiones sin conductor, tales como la velocidad, principalmente para garantizar suficiente seguridad. A pesar que los camiones sin conductor ofrecen importantes ventajas por sobre los camiones manejados por personas, tales como la precisión de maquinaria, estamos aceptando el desafío de desarrollar un sistema que pueda competir con niveles humanos de inteligencia y habilidad y aprovechar plenamente las ventajas existentes.”
En el informe de View el 2010, Peter Carter, el entonces presidente y CEO de Modular, agregó “Ahora estamos avanzando hacia el aspecto más desafiante de nuestro trabajo, que es, desarrollar software que sea lo suficientemente inteligente para permitir que nuestros camiones sin conductor comprendan como interactuar con los otros equipos pesados de movimiento de tierra tales como excavadoras hidráulicas, bulldozers, motoniveladoras, y camiones cisterna, mientras operan en el ciclo normal de producción. Si ellos pueden responder flexiblemente a diferentes situaciones, lo que eliminaría accidentes y otros riesgos, debieran ser capaces de ofrecer un rendimiento muy cercano al de sus contrapartes con operador. Es una tarea difícil, pero me siento muy confiado en que podemos lograrlo,” dijo.
…y los de Caterpillar
Command para el sistema de acarreo de Caterpillar controla el ciclo completo del camión desde la carga hasta la descarga y de vuelta.
Según Caterpillar, la primera presentación pública de su tecnología de camiones autónomos tuvo lugar en MINExpo 1996, donde una pantalla de video en el stand de la compañía mostró dos camiones autónomos fuera-de-carretera trabajando en una cantera en Texas. Las pruebas en la cantera pretendían demostrar el concepto, y al mismo tiempo, los visitantes al centro de demostraciones Tinaja Hills de Caterpillar en Arizona veían un camión autónomo 777C demostrar sus capacidades. La compañía también aprovechó la exhibición para anunciar su intención de desarrollar máquinas autónomas posteriormente.
La etapa importante siguiente llegó el 2010, cuando Caterpillar tenía cuatro camiones autónomos739 trabajando como una flota en sus terrenos de prueba en Arizona. El año siguiente, tres de estos camiones fueron enviados para un ensayo a gran escala en la mina de carbón Navajo de BHP Billiton.
En Marzo pasado, Caterpillar informó que había finalizado una prueba de 21 meses de su Command para sistema de camiones autónomos de acarreo allí, tiempo durante el cual los tres camiones habían movilizado casi 2,3 millones de m3 de material. Además, dijo la compañía, había sido capaz de refinar sus procesos y procedimientos con vistas a la instalación comercial de flotas más grandes, con su equipo habiendo reunido información que llevó a importantes mejoramientos en tiempos de ciclo y utilización de camiones durante el curso de las pruebas.
Durante las pruebas, dos camiones 793F con 227-tm de capacidad, operados autónomamente mientras trabajaban con un cargador con ruedas de súper alta elevación Cat 994F, conducido por un operador entrenado, movilizando sobrecapa en un proyecto de recuperación.
“Las pruebas extendidas en Nuevo México nos permitieron trabajar dentro de una mina en operación para realizar capacitación e implementar procedimientos de trabajo seguro—y para establecer procesos de acarreo autónomo que funcionaran para la mina,” dijo Dan Hellige, gerente de soluciones mineras de Caterpillar. “Como los camiones a menudo operaban 24/7, fuimos capaces de hacer cambios técnicos y ver resultados rápidamente. Los datos nos guiaron en la elaboración de una serie de mejoramientos.”
Caterpillar informó que su personal hizo dos importantes actualizaciones de software y varias actualizaciones menores a medida que evolucionaba el conjunto de funciones. Una mejor planificación recorrido-camino y mayores velocidades máximas producían una importante reducción en los tiempos de ciclo, agregó la compañía, mientras que perfeccionamientos en los procedimientos de la mina también mejoraban la utilización de los camiones en alrededor de un 20% durante las pruebas.
Conceptos Operativos
Caterpillar le contó a Equipo Minero que para guiar sus camiones en forma segura y productiva sin un conductor en la cabina, ha reunido una serie de elementos especializados dentro de su serie MineStar de sistemas y tecnologías.
El GPS/GNSS proporciona la información de localización de los camiones, y todas las rutas de acarreo posibles son graficadas con datos satelitales. Algoritmos determinan la ruta óptima para cada camión, con el mapa siendo continuamente actualizado en tiempo real. Por ejemplo, al descargar en el suelo, el sistema le dice al camión donde posicionarse, tomando en consideración la última carga descargada.
El operador del cargador o la pala indica el camión que está lleno por medio de un teclado en la cabina del cargador, y el sistema le dice al camión que se aleje. Cada camión tiene un sistema de detección de objetos integrado que los habilita para maniobrar alrededor de cualquier obstáculo, y puede detener el camión si es necesario. El operador del cargador entonces posiciona el siguiente camión vacío y le indica al sistema que el camión debe retroceder cuando desde debajo del cucharón de su cargador.
Un sistema que Caterpillar llama Alerta de Proximidad envía un flujo constante de datos acerca de la localización y velocidad de cada camión, y la disponibilidad del cargador, evitando así los embotellamientos y las demoras asociadas.
El controlador humano, trabajando dentro de un edificio en el perímetro del lugar, puede instruir al camión o a toda la flota que se detenga en caso de una emergencia. Además, el controlador puede intervenir para traer a los camiones a sus mantenciones programadas o a reabastecimiento, pero si no es así, los camiones se direccionan a sí mismos y seleccionan las velocidades apropiadas basados en datos del sensor y en el tráfico a su alrededor.
Komatsu describe su sistema de acarreo autónomo como tecnologías que involucran información y comunicación tales como RTK-GPS de alta precisión y tecnología de determinación de ubicación para su sistema de navegación, un sistema de detección de obstáculos, una red de comunicación inalámbrica y un sistema de gestión de flotas para controlar los camiones. La información acerca de la velocidad y ruta de acarreo es enviada inalámbricamente desde el sistema de gestión de flotas hacia los camiones en el traslado, mientras estos establecen su posición usando información del GPS.
Para el carguío, el sistema de gestión de flotas guía a los camiones hacia el sitio de carga, basado en la posición del cucharón del GPS instalado, de la excavadora hidráulica operada por una persona o del cargador con ruedas. Después de cargar, el sistema dirige al camión al botadero para su descarga.
Usando GPS y la red inalámbrica, el sistema de gestión de flotas controla todos los equipos en las minas, incluyendo otros equipos y vehículos operados por personas, para evitar colisiones—si el sistema de detección de obstáculos detecta otro vehículo o persona dentro del área de acarreo durante la operación autónoma, los camiones se detienen inmediatamente.
El GPS es una de las tecnologías claves en la que se basa el sistema de acarreo autónomo de Komatsu para ubicar la posición exacta de los camiones y para controlarlos en su curso predeterminado. Según el fabricante Japonés de equipos topográficos, Topcon, existen varias tecnologías de punta, incluyendo sistemas de navegación GPS de alta precisión, radar milliwave y giróscopos de fibra óptica que podrían ejecutar el sistema de camiones no tripulados. Sin embargo, afirma ser el único fabricante Japonés de receptores GPS de alta precisión. “Estamos orgullosos de brindar nuestra tecnología GPS, una de nuestras capacidades claves, a Komatsu, y seguiremos apoyando sus esfuerzos por mejorar la operación segura y eficiente de los camiones volquete autónomos,” dijo Satoshi Hirano, el director ejecutivo de la compañía.
Proyectos Actuales
En Abril del 2013, Rio Tinto anunció que los sistemas de camiones autónomos en sus minas de hierro Pilbara habían alcanzado el importante hito de movilizar un acumulado de 100 millones de tm de roca. El total incluyó a West Angelas, donde la tecnología se probó por primera vez, a Yandicoogina, que entonces tenía una sólida flota de 13 camiones autónomos, y a Nammuldi, donde seis camiones habían comenzado a trabajar el mes anterior y ya habían movilizado más de 2 millones de tm. La compañía también está poniendo en servicio otros 19 camiones Komatsu 830E-AT en Hope Downs 4 durante el periodo 2013/2014.
La prueba en West Angelas comenzó el 2008 e involucró a cinco camiones Komatsu 930E. Habiendo usado los camiones inicialmente en material estéril, en Julio del 2012 Rio Tinto puso en servicio 10 camiones autónomos en el rajo Junction South East (JSE) de Yandi, siendo la primera vez que se usaban para movilizar mineral de alta ley, de baja ley, y material estéril.
Hablando en la apertura oficial, Sam Walsh, entonces a la cabeza de las operaciones de hierro de Rio Tinto y ahora CEO de la compañía, dijo, “La implementación de estos camiones en Yandocoogina es el siguiente paso en nuestro programa para incorporar a más de 150 camiones sin conductor a nuestras operaciones en Pilbara, haciéndonos los mayores propietarios y operadores del mundo de estos vehículos. Ellos serán una parte crítica de nuestro impulso para una seguridad de excelencia y un producción eficiente.”
Entre tanto, Caterpillar le contó a Equipo Minero que la permanente evolución de su sistema MineStar y las exitosas pruebas de Command para acarreo en Nuevo México han impulsado un proyecto más grande con BHP Billiton—el lanzamiento de una flota de 12 camiones autónomos 793F en su mina de hierro Jimblebar, también en Pilbara. “La instalación de Jimblebar ofrece la oportunidad de integrar en forma más total la autonomía con la operación minera y, a su vez, maximizar el valor que la autonomía puede entregar,” dijo el gerente de soluciones mineras Dan Hellige. “La optimización de las operaciones mineras requiere de un enfoque sistémico.”
La introducción de los camiones en Jimblebar siguió al acuerdo de Caterpillar en el 2012 con el tercer actor más importante en Pilbara, Fortescue Metals Group, para suministrar un sistema MineStar completo para el proyecto Solomon de Fortescue.
Una flota inicial de seis camiones 793F aumentará a 45 para fines del 2015.
En ese momento, Caterpillar indicó que el proyecto Solomon será el primero en usar todas sus clases con capacidad para minería a cielo abierto del sistema MineStar, y controlará máquinas tanto autónomas como tripuladas. El CEO de Fortescue, Nev Power, agregó: “El acarreo autónomo proporciona un ambiente seguro, productivo y altamente eficiente donde se complementa con las operaciones tripuladas,” dijo. “también brinda nuevas oportunidades para personas con diferentes grupos de habilidades y realza la seguridad por medio de tecnología para evasión de colisiones y menos interacción entre personas y equipos pesados en áreas de explotación.”
En Meandu, Queensland, la primera incursión de Hitachi en sistemas de camiones autónomos comenzó a fines de Abril con el inicio de las pruebas de tres años usando tres camiones EH5000-AC3. Además de GPS, los camiones también tienen un sistema de control que permite un control preciso de la velocidad, ayudándolos a franquear empinados taludes en la mina de forma segura.
El gerente general de minería de Hitachi en Australia, Eric Green, dijo que las pruebas perfeccionarán camiones mineros automatizados que puedan interactuar con otros equipos mineros operados por personas. También enfatizó que a Hitachi le queda mucho camino por recorrer para desarrollar la tecnología, que está en una etapa muy temprana. “Queremos hacerlo bien, y eso implicará pruebas muy meticulosas durante un tiempo considerable,” dijo.
Los Beneficios
Equipo Minero le preguntó a Caterpillar y a Komatsu por sus visiones sobre los beneficios que se pueden lograr a partir del uso de acarreo autónomo de camiones. Caterpillar indicó que la fuerza impulsora para el desarrollo de vehículos mineros autónomos fue (y sigue siendo) la seguridad y la productividad. Sacar seres humanos de esos lugares de trabajo reduce la posibilidad de lesiones y efectos negativos a la salud.
La compañía agregó que al sacar al operador de la máquina se elimina tiempo muerto por cambio de operadores, e interrupciones para alimentación y descanso. Los vehículos autónomos también eliminan la variabilidad del operador humano. El resultado visto más a menudo es una mejor confiabilidad y durabilidad de la máquina, mejor eficiencia de combustible y mayores ritmos de producción en el tiempo, afirmó Caterpillar.
Desde el punto de vista de Komatsu, los camiones autónomos ofrecen tres importantes ventajas. Primero, hay más seguridad mediante la eliminación de incidentes causados por conductores de camiones somnolientos, descuidados o inexpertos. Segundo, las minas pueden lograr mayor eficiencia al tener una operación planificada y estable, con menos variabilidad causada por frenadas, cambios de turno y rotación por descanso. La operación se vuelve precisa, repetible, y predecible, con una mayor utilización y menores costos operacionales ya que no hay costos directos ni indirectos por uso de chofer.
Finalmente, Komatsu indicó, existe una gran ventaja desde un punto de vista ambiental. No sólo hay menos emisiones de carbono debido al menor consumo de combustible, sino que los costos por eliminación de neumáticos son menores ya que estos duran más. En general, y desde un punto de vista teórico, le dijo la empresa a Equipo Minero, los camiones de acarreo autónomo usan menos combustible ya que las maniobras las controla el sistema y se evitan los desvíos que pueda tomar el conductor.
Poner cifras en estos beneficios obviamente corresponde a las minas, aunque Meech ha calculado algunas en términos genéricos mediante el modelamiento de las operaciones de la mina. Su visión es que el transporte de camiones autónomos puede generar mejoramientos de producción y productividad del 15%–20%, mientras que la reducción de consumo de combustible del orden de 10%–15%. Las tasas de desgaste de neumáticos también pueden ser un 5%–15% menores, mientras que la utilización total de los vehículos puede ser un 10%–20% mayor. Y, con una mejor prácticas de conducción, los costos de mantención también puede bajar en alrededor de un 8%, cree Meech.
Contra eso, por supuesto, es el hecho que los camiones individuales cuestan más cuando están equipados con los sistemas necesarios para operación autónoma. Sin embargo, el mayor costo de capital inicial se puede compensar rápidamente mediante ahorros hechos por menores cuentas por salarios y costos por rotación por descanso y alojamiento en faena. Con minas siendo operadas en partes cada vez más remotas del mundo, y con algunas regiones con escasez crítica de personal experimentado, esa no es una consideración menor.
El acarreo autónomo no es la mejor alternativa para todas las minas a cielo abierto. El hecho que sólo unas pocas compañías mineras hayan escogido adoptar la tecnología dice mucho acerca de la complejidad que este involucra. Sin embargo, las presiones de la competencia de todo tipo indudablemente instarán a otros a unirse al club ya que los beneficios resultan más que obvios.
