Una foto de la construcción muestra el edificio de transferencia donde el sistema de transporte de Chuquicamata de 11.000 tm/h, que recorre una rampa de 6,4 km desde los depósitos subterráneos de almacenamiento de mineral, descarga en otra correa transportadora que transporta el mineral hasta una instalación de procesamiento ubicada a 5 km de distancia.
Los sistemas de transporte modernos pueden ser diseñados para otorgar mayor capacidad, baja mantención y alta disponibilidad
Por Steve Fiscor, Editor en Jefe
Para el manejo de materiales, pocos sistemas pueden competir con las correas transportadoras, especialmente en largas distancias. Sin embargo, esas largas distancias a nivel o en pendiente requieren más potencia y correas más resistentes. También suelen implicar transiciones como una curva o un punto de transferencia, lo que introduce otro conjunto de variables y más costos.
Las transportadoras también requieren muchas partes móviles, incluyendo motores, accionamientos, poleas y ruedas. Estas partes móviles junto con los chutes en los puntos de transferencia requieren mantención. Para mantener una elevada disponibilidad en estos sistemas, estos deben ser diseñados teniendo en cuenta la mantención.
Cuando una mina hace este tipo de inversión de capital importante, espera altos niveles de disponibilidad. Por lo general, estas transportadoras son el principal medio de transporte de mineral y, cuando estas dejan de funcionar, toda la operación deja de funcionar. Para proteger la inversión y mantener la producción, también deben ser diseñadas con un factor de seguridad relativamente alto.
Los sistemas de transporte continúan evolucionando. Los sistemas previos estaban compuestos por una serie de rastras que viajaban en línea recta. Estaban limitados por los cambios de elevación y la resistencia a la tracción de las correas. A lo largo de los años, los ingenieros que diseñan estos sistemas han aprendido a instalar curvas y a aumentar la cantidad de potencia que los accionamientos pueden introducir en el sistema.
Para reemplazar las ruedas, un vehículo de mantención especialmente diseñado se desplaza a lo largo de la vía de transporte.
Construyendo la Transportadora Más Potente del Mundo
En 2019, la Corporación Nacional del Cobre de Chile (Codelco) convirtió su mina de Chuquicamata, una de las mayores minas de cobre a rajo abierto del mundo, en una operación subterránea. La empresa estatal seleccionó a TAKRAF para que suministrara el principal sistema de transporte de mineral que mueve el mineral de cobre triturado, desde los depósitos de almacenamiento subterráneos hasta una instalación de procesamiento de mineral en la superficie.
“El sistema no requería redundancias, lo que significaba que para este proyecto, la alta disponibilidad del sistema, el mínimo desgaste del sistema y la fácil mantención de los componentes eran todos factores decisivos,” dijo Mario Dilefeld, jefe de sistemas de correas transportadoras de TAKRAF GmbH, quien tiene un doctorado en ingeniería.
El alcance del Proyecto Subterráneo de Chuquicamata (Chuqui UG) requería:
• Extracción de mineral triturado desde los depósitos de almacenamiento subterráneo de 60 m de altura con una capacidad de transporte de 11.000 toneladas métricas por hora (tm/h);
• Transporte hasta la superficie con un número mínimo de puntos de transferencia;
• Transporte del mineral desde la salida del túnel subterráneo hasta la planta de procesamiento; y
• Garantía de alta disponibilidad del sistema, mínimo desgaste del sistema y fácil mantención de todos los componentes.
La red de transporte comienza en la descarga del almacenamiento de mineral subterráneo. Dos depósitos de almacenamiento de mineral de 6 m de diámetro y 60 m de altura controlan el flujo de material extraído hacia las transportadoras. Las transportadoras alimentadoras mueven el mineral desde los depósitos de almacenamiento hasta las transportadoras principales. “Como en cualquier alimentador de correa, el contorno del material a transportar se especifica mediante una compuerta de cizalla y el flujo de material descargado se define variando la velocidad de transporte,” dijo Dilefeld.
Dos transportadoras de correa cóncava convencional conectan las transportadoras alimentadoras con el punto de carga de la transportadora inclinada a una distancias de casi 900 m. Instaladas en un túnel que se extiende 6.400 m hasta la superficie, las transportadoras inclinadas superan una elevación de 950 m. “Cada punto de transferencia subterráneo a lo largo del túnel requería una cámara subterránea con una grúa para los trabajos de mantención, suministro de energía, transformadores y tecnologías de accionamiento eléctrico y mecánico, con ventilación adaptada y vías de acceso adecuadas,” dijo Dilefeld.
La correa transportadora terrestre pasa por sobre la infraestructura que se ha acumulado durante 100 años.
Para reducir al mínimo la cantidad de puntos de transferencia, la sección de la transportadora inclinada se desarrolló exitosamente empleando sólo dos rastras. “Para lograr esta hazaña, fue necesario utilizar componentes desarrollados recientemente que redefinieran los límites de rendimiento de la tecnología de las correas transportadoras,” dijo Dilefeld. “Las correas transportadoras de calidad ST10,000 se utilizaron por primera vez en operaciones subterráneas. Los índices de seguridad de las correas en operación de S=5 requerían conexiones de correa con una resistencia a la fatiga de referencia de más del 50%. Este valor se comprobó en un banco de pruebas de correas en la Universidad de Hannover en Alemania. Una vez más, se alcanzaron nuevas dimensiones — esta vez en términos de la potencia de accionamiento instalada — con 10 megavatios (MW) de potencia de accionamiento instalada por polea de transmisión y 20 MW por transportadora.”
En colaboración con el fabricante de motores de accionamiento, ABB, los ingenieros de TAKRAF desarrollaron un tren de transmisión compuesto por un motor síncrono de 5 MW, un acoplamiento de membrana para conectar el eje de la polea y el eje del rotor y una polea de transmisión.
La polea de transmisión tenía las siguientes especificaciones:
• Alineación simple y ajuste del entrehierro de motor durante la instalación del accionamiento;
• Reajuste simple en caso de que el entrehierro del motor se desvíe del valor de ajuste (por ejemplo, después de asentar);
• Motores completos y totalmente ensamblados y probados en fábrica en el sitio (sin montaje de motor en un ambiente polvoriento); y
• Separación simple de la conexión entre la polea de transmisión y el motor para garantizar la operación continua del sistema a corto plazo con una cantidad reducida de motores de accionamiento.
Mantener el entrehierro entre el rotor y el estator era un requisito crucial para la operación de los motores, explicó Dilefeld. El entrehierro, que es de 14 mm, sólo se puede desviar del valor de ajuste dentro de pequeñas tolerancias. “Las desviaciones en el entrehierro reducen la eficacia del motor, y si el rotor y el estator hicieran contacto entre sí, esto resultaría en daños al motor,” dijo Dilefeld. “El entrehierro en sí es monitoreado continuamente durante la operación. Si las deformaciones y/o hundimientos en la estructura de acero o en los cimientos del motor provocan una desviación en el valor de ajuste del entrehierro, el estator debe ser realineado. Para simplificar este proceso, el espacio entre el rotor y el estator en el extremo no conducido del motor fue fijado por un rodamiento de soporte.”
El acoplamiento de membrana compensa la deformación del eje de la polea causada por la tensión de la correa, explicó Dilefeld. “El bastidor ajustable del motor facilita la alineación del motor durante la instalación y asegura una realineación simple, si es necesario,” dijo Dilefeld. “Las excéntricas y los ejes (husillos) permiten ajustar el estator en todas las direcciones. En caso de que un motor falle, se puede mover rápidamente a una posición de desactivación abriendo el acoplamiento de membrana y ajustando los ejes. El sistema puede entonces seguir operando sólo con potencia reducida.”
La correa transportadora descarga desde el túnel subterráneo a una terrestre en la estación de transferencia. Esa correa transportadora terrestre envía el mineral a la planta de procesamiento de mineral a 5 km de distancia.
El paisaje que rodea la planta de procesamiento ha sido moldeado por más de 100 años de minería en Chuquicamata. Además de los diversos sistemas de procesamiento, los vertederos, las vías férreas, las carreteras, los oleoductos y los edificios arruinan el paisaje. El desafío para el nuevo sistema de transporte fue diseñar un sistema que tuviera en cuenta este paisaje en toda su extensión.
El terrestre era una correa transportadora continua de una sola rastra desarrollada con los siguientes parámetros:
• Distancia de 5.330 m entre el punto de carga y descarga de material con una diferencia de altura de 287 m;
• Curvas horizontales con radios estrechos (1.600 m a 2.300 m) en más del 60% de la longitud de la transportadora; y
• Aproximadamente el 50% de la longitud de la correa transportadora en una estructura elevada con longitudes variables, adaptadas a las condiciones locales para el posicionamiento de los cimientos y con intervalos de soporte de hasta 96 m.
El diseño de la correa transportadora tuvo un nuevo giro respecto a garantizar alta disponibilidad del sistema, desgaste mínimo del sistema y fácil mantención de componentes. Todos los puntos de carga a lo largo de la ruta de transporte fueron optimizados con el fin de reducir el desgaste de la correa transportadora. La disposición de las cajas de rocas y de las cribas de gruesos fue verificada con simulaciones mediante el Método de Elementos Discretos (DEM).
Los chutes de transferencia especialmente diseñados permiten que las placas de desgaste sean reemplazadas de forma rápida y fácil. Para reemplazar las ruedas, un vehículo de mantención especialmente diseñado de TAKRAF se desplaza a lo largo de la vía de transporte, explicó Dilefeld. “Éste puede levantar la transportadora y reemplazar las ruedas desgastadas de forma segura y eficiente,” dijo. “En el punto de descarga de material, un edificio tipo búnker realiza la función de almacenamiento de material limitado. Dos transportadoras de alimentación retiran el material y lo alimentan a las plantas de procesamiento.”
Tres motores de accionamiento directo de 5 MW impulsan esta transportadora, mediante una correa transportadora ST6.800 con seguridad de correa de S=5.1, dijo Dilefeld. El comportamiento de la vibración de la correa durante el arranque y frenado fue analizado en todas las condiciones de operación, utilizando cálculos de correa dinámicos.
Los parámetros del sistema, como una correa transportadora ST10.000 y una potencia de accionamiento de 20 MW por transportadora, redefinen los límites de la tecnología de las correas transportadoras, dijo Dilefeld. Esto permitió alcanzar el objetivo de reducir la cantidad de puntos de transferencia subterráneos, justificando así el uso de estos componentes.
La alta disponibilidad del sistema, el mínimo desgaste del sistema y la fácil mantención de los componentes fueron criterios esenciales a la hora de diseñar este sistema. Numerosas innovaciones que fueron implementadas por primera vez. Se concedieron seis patentes en este proyecto, las cuales dieron lugar a un sistema de transporte moderno, potente y respetuoso con el medio ambiente.
La descarga de la correa transportadora terrestre en la instalación de procesamiento de mineral utiliza cuatro accionamientos sin engranajes de 5 MW (inset).
Diseñando los Accionamientos de Chuqui UG
ABB proporcionó diseño de ingeniería, accionamientos de transportadoras sin engranajes, equipos eléctricos para suministro de energía, distribución y automatización de los sistemas de transporte de Chuqui UG. Los tres transportadores principales de 11.000 tm/h cuentan con accionamientos sin engranajes para correas transportadoras equipados con grandes motores síncronos AC ABB con una potencia nominal de 5 MW cada uno, resultado en un par del eje motor de cerca de 900 kNm. También es el primer sistema de transporte del mundo que emplea la tecnología de correas de cable de acero ST10000 en transportadoras de túneles en pendiente.
“Este megaproyecto logra una serie de objetivos inéditos, desde la potencia de accionamiento instalada del sistema hasta la aplicación de la correa transportadora ST10000,” dijo Marc Hollinger, Gerente de Proyecto de TAKRAF. “Este fue un proyecto complejo de la más alta magnitud que exigió la cooperación mundial entre las partes internas y externas.”
“Este es un nuevo hito en aplicaciones subterráneas para la minería continua. Es la mayor potencia de accionamiento instalada en una transportadora y utiliza una amplia gama de funciones para la adquisición de datos, la evaluación de equipos y la optimización de procesos,” dijo Ulf Richter, Gerente de Producto Global para Sistemas de Correas Transportadoras de ABB. “Al operar esta aplicación de accionamiento sin engranajes con TAKRAF, superamos enormes desafíos técnicos y logísticos debido a situaciones subterráneas, cambios de elevación y requisitos de capacidad.”
Los convertidores de frecuencia de fuente de tensión de MV enfriados por líquido de ABB, junto con los grandes motores síncronos, proporcionan una reducción del consumo de energía activa y reactiva. Esto es altamente eficiente en cuanto a la energía, y sin filtros de red adicionales.
El Programa de Control de Transportadores de Minería (MCCP, según siglas en inglés) de ABB garantiza una operación de correa suave y la sincronización segura entre los motores y los frenos hidráulicos de alta potencia, necesarios para la operación segura de las transportadoras en pendientes pronunciadas. Los sistemas de accionamiento también funcionan sin topes mecánicos.
Un novedoso concepto de incorporación, desarrollado conjuntamente por TAKRAF y ABB, permite la instalación y alineación sencilla de los motores de accionamiento de las transportadoras sin engranajes, ahorrando tiempo de instalación y movilización de los equipos de mantención. Esto fue considerado un beneficio importante en comparación con los accionamientos sin engranajes para las correas transportadoras existentes en la construcción en voladizo. El concepto también significaba que los motores se montaban y probaban 100% en fábrica. Estos también pueden ser desconectados mecánicamente y rápidamente de la polea de transmisión, de manera que las operaciones puedan continuar en caso de producirse una falla de transmisión. La potencia de accionamiento total instalada para todo el sistema, incluyendo múltiples transportadoras de alimentación, totaliza 58 MW, de los cuales existen 11 motores síncronos sin engranajes de 5 MW. Se espera que el nuevo proyecto subterráneo extienda las operaciones en la mina de Chuquicamata durante los próximos 40 años.
RBL-REI insertó un punto de transferencia en una correa transportadora continua. Tradicionalmente una correa transportadora descarga sobre otra en un punto de transferencia.
Una Transferencia en Sí Misma
RBL-REI ha puesto en marcha recientemente un sistema de desviación (bidireccional) de correa para una empresa minera polaca, el cual permite que una correa cambie de dirección sin motorización. Debido al estrecho corredor disponible entre la cantera y la planta, se le solicitó a RBL-REI diseñar el sistema de transporte. Normalmente, eso incluiría un punto de transferencia y dos correas transportadoras terrestres separadas entre el origen y el destino. Para optimizar los gastos de capital del proyecto y coordinar los tiempos de inicio y parada entre las dos correas transportadoras terrestres, RBL-REI diseñó un solo sistema de rastra — lo que significa que la misma correa trabaja aguas arriba y aguas abajo del punto de transferencia. El sistema de desviación de correa sin motorización fue desarrollado especialmente para este proyecto para unir las dos secciones. Además de eliminar los costos de los accionamientos y de una subestación, el sistema también evita los problemas de atascamiento del chute con material pegajoso.
Una mina de oro de Yukón instaló recientemente esta correa transportadora terrestre con hardware y estructura de PPI.
PPI Suministra el Hardware a Yukon
En junio de 2018, se adjudicó un contrato a PPI para suministrar poleas y rodillos para un proyecto minero en el territorio del Yukón de Canadá. La mina de lixiviación de oro en pilas es la más avanzada de la región y se está desarrollando para convertirse en la mayor mina de oro de la historia de Yukón. “Nuestro cliente suministró el sistema de manejo de materiales al dueño de la mina,” dijo Nick Phillips, Gerente de Ventas de Productos de PPI. “La extensión del proyecto incluyó nueve transportadoras y tres alimentadores, con correas de 42 a 72 pulgadas de ancho.”
Este proyecto requirió la colaboración de varios departamentos dentro de EE.UU. y Canadá para que esta oportunidad fuera un éxito. El alcance del contrato incluía un gran número de conjuntos de poleas producidos en PPI Canada, así como un gran número de rodillos y componentes estructurales de PPI U.S. En el curso de varios meses, se fabricaron y enviaron 63 poleas con ejes, rodamientos y marcos tensores a la mina. Durante este período de tiempo, aproximadamente 20 camiones cargados de rodillos y estructuras fueron enviados desde PPI Corning y PPI Lenox a la mina.
Para las transportadoras terrestres de gran longitud y planas, PPI produce un soporte que funciona bien. “Podemos producir el canal C, secciones de rieles y soportes, y podemos suministrarlos a un precio competitivo,” dijo Phillips. “Es una gran manera para construir una terrestre. Cuando el material llega al sitio de la mina, los equipos simplemente lo aperna.” La mina está actualmente utilizando el sistema para colocar mineral en las plataformas de lixiviación.
