La tecnología de accionamiento AC, las consideraciones de mantención y la comodidad del operador tienen la prioridad
Por Steve Fiscor, Editor-en-Jefe
La extracción con camiones y palas es uno de los métodos más productivos para mover tierra. Mientras las capacidades del camión crecían para ajustarse a escenarios tradicionales de carguío de 3 y 4 pasadas con las palas más grandes en el rajo, los operadores de la mina tenían que lidiar con un nuevo juego de parámetros que incluían a la tecnología AC en un mundo tradicionalmente DC, caminos de transporte más anchos, nuevas configuraciones de carguío y diferentes estrategias de mantención. Maximizar la productividad sin un exceso de camiones—que había sido un ejercicio minero relativamente simple—se volvía mucho más complejo.
Pregúntenle a los mineros que quieren y ellos les darán varias respuestas. Un gerente de producción usualmente dirá que más potencia para mejores tiempos de ciclo. Algunos argumentarían que van a la par. Los técnicos de mantención ven el mundo un poco diferente. Les interesa el tiempo de inactividad planificado junto con los diagnósticos remotos. Los operadores de pala, los mineros que pasan ocho o más horas haciendo funcionar las máquinas, comparten aquellas ideas y también tienen sus propias consideraciones.
Los dos OEM de palas eléctricas, Bucyrus International y P&H Mining Equipment, han estado escuchando y están listos para aumentar la competencia. Bucyrus recientemente lanzó un segundo modelo de una de sus palas más populares. P&H recientemente realizó pruebas en una pala nueva en las arenas bituminosas. Ambos están incorporando tecnología AC junto con muchas nuevas características que ahora ofrece la tecnología.
La Nueva Pala Bucyrus
Bucyrus ha producido la que cree ser la pala eléctrica con cables más avanzada del mundo, la 495HR Super 2 (495HR2). Basado en la eficiencia de los componentes eléctricos AC IGBT y en una mayor potencia de avance, junto con otras innovaciones tales como el HydraCrowd y el sistema de balde sin pestillo (LatchFree), el OEM de palas originario de Milwaukee cree que la seguridad, confiabilidad, y productividad de la pala eléctrica sobrepasarán a la de sus predecesoras. Además de una estación del operador modificada, la Super 2 luce una nueva apariencia.
Los componentes eléctricos AC se han convertido en un elemento básico de la línea de palas eléctricas de la compañía. Al incorporar el más reciente accionamiento Bucyrus AC-IGBT, los mineros pueden esperar la misma confiabilidad que ellos han llegado a esperar del sistema. El sistema proporciona inmediata identificación de fallas, monitoreo de condiciones y herramientas de resolución de problemas. Estos sistemas integrados proporcionan la plataforma para AccessDirect, el paquete de diagnóstico remoto de Bucyrus que permite el monitoreo de la pala desde cualquier locación remota, lo que reduce el tiempo para evaluar, diagnosticar y reparar una pala.
Un sistema de avance mejorado recibe un 12% de aumento en el máximo torque de avance, explicó Anthony Donovan, gerente de mercadeo de producto de Bucyrus. “Este sistema fue diseñado para combatir los problemas de avance encontrados en el ambiente de la mina, particularmente en las condiciones de suelo blando,” dijo Donovan. “Proporciona el aumento de potencia necesario para maniobrar la máquina en situaciones de excavación dificultosa, evitando el tiempo muerto asociado a las palas que quedan enterradas en el suelo.”
El aumento en el torque máximo de avance se logró a través del diseño de una nueva caja de engranajes planetarios más grande. Al conectarse a un motor de avance de velocidad variable de 700-hp (522-kW) AC, brinda mayor potencia para mover la máquina. “El motor de avance está montado sobre una base de motor con esquinas para aumentar el espacio libre bajo el motor, mejorando aún más la confiabilidad de los componentes al alejarlos del piso del rajo,” dijo Donovan.
Si bien la nueva caja de engranajes planetarios se destaca por su capacidad de entregar más potencia para mover y re-posicionar la pala, también puede ofrecer a los mineros aumentar la vida útil de la caja. Todos los componentes de la caja de engranajes fueron analizados usando análisis de elementos finitos para confirmar su duración, explicó Donovan. “La nueva caja de engranajes planetarios está diseñada para brindar un 50% más de duración, sobrepasando la vida útil ofrecida por su predecesora,” dijo Donovan. El sistema de potencia de avance modernizado también puede ser adaptado a las palas eléctricas Bucyrus 495HR/HF existentes.
El balde LatchFree reemplaza al conjunto de pestillo con un eslabón de acero, sacando los componentes críticos del pestillo de las duras condiciones de la compuerta inferior del balde. Permite pautas de mantención más previsibles.
El sistema HydraCrowd, que fue anunciado en MINExpo 2008, brinda un control instantáneo altamente sensible con una operación suave y libre de vibración, según Donovan. “Anula la pesada carga causada por la inercia de los sistemas de empuje tipo cremallera y piñón ubicando el motor hidráulico en la plataforma de la casa de máquinas,” dijo Donovan. “Se espera una mantención mayor del cilindro cada 24 meses, eliminando la necesidad de cambiar regularmente los cables de empuje y retracción, y eliminando la mantención anual de la maquinaria de empuje tipo cremallera y piñón.”
Destacando los mejoramientos al diseño de la pala tenemos una cabina y estación del operador de patente pendiente y diseñada recientemente. Una investigación y desarrollo de proyecto de dos años que costó más de US$ 1 millón, incluyendo investigación industrial, encuestas en terreno de “voz del cliente”, sociedad con un importante experto en ergonomía, y talleres de colaboración con clientes de todo el mundo, proporcionaron las bases a partir de las cuales surgió el diseño de la cabina. “Ingenieros de diseño de Bucyrus, armados con un conocimiento profundo de los aspectos más deseados por sus clientes, se dispusieron a crear una cabina que entregara más comodidad, más seguridad, mayor confiabilidad y mejor productividad,” dijo Donovan. “Lo que crearon fue un ambiente de trabajo que seguro es la envidia de ejecutivos corporativos y operadores de maquinaria minera por igual.”
Sabiendo que un operador cómodo es un operador productivo, un asiento del operador ergonómico, aislado y totalmente ajustable sirve como punto focal del diseño de la nueva cabina. El asiento tapizado en cuero del operador incluye apoya-brazos infinitamente variables y un sistema de suspensión totalmente neumática con un compresor de aire integrado. “Los apoya-brazos pueden flotar con los brazos del operador durante la operación, facilitando el libre movimiento del apoya-brazos hacia el cuerpo, lejos del cuerpo, y en posiciones de descanso en las piernas del operador,” dijo Donovan. “Este grado ilimitado de ajuste de apoya-brazos se acomoda a la preferencia del operador, reduciendo de esta manera la tensión, la fatiga y la incomodidad general que experimenta durante el turno de trabajo.”
Pantallas dobles están estratégicamente posicionadas dentro del alcance del brazo para evitar la obstrucción del campo visual del operador durante la operación de la máquina. Nuevos joysticks con Efecto Hall, presentando mangos ergonómicos diseñados a la medida y tensión de resorte para “control de los dedos”, permiten una operación sin esfuerzo y una mejor respuesta de control, de acuerdo a Donovan. “La nueva combinación de asiento y controles ha sido probada en terreno para garantizar su funcionalidad y su robustez,” dijo Donovan.
Un software mejorado ofrece íconos intuitivos y navegación lógica para una menor fatiga cognitiva. Del mismo modo, la programación es visualmente estética y proporciona iluminación adecuada para operación tanto de día como de noche. Todos los colores y superficies de la cabina han sido evaluados para ver su reflectancia a la luz, y han sido cuidadosamente escogidos para reducir el encandilamiento en la cabina, explicó Donovan. Persianas de alta calidad, que pueden operarse tanto manual como eléctricamente, proporcionan protección contra el sol y contra iluminación externa.
Un sistema HVAC rediseñado usa control de clima automático y un sensor de temperatura estratégicamente posicionado se ajusta para mantener una temperatura confortable en la cabina. “El diseño brinda un movimiento correcto y óptimo de aire a través de la cabina, y fue probado para garantizar el control del clima deseado,” dijo Donovan.
Acuciosos esfuerzos se realizaron para minimizar la vibración y el ruido en la cabina, mejorando aún más su comodidad, explicó Donovan. “Estructuralmente, la cabina está reforzada por una casa de máquinas ampliada por debajo para una mejor estabilidad,” dijo Donovan. “además, la cabina está montada sobre aisladores de goma que absorben impactos, reduciendo la vibración que afecta a la cabina, y lo que es más importante, al operador de la pala mientras trabaja la máquina. Un gabinete NASCAR sin ruidos y sujetadores de puerta de closet garantizan un ambiente de trabajo tranquilo, y las gavetas con un sistema de pestillo doble patentado no se abrirán inesperadamente. Todas las paredes de la cabina están apropiadamente aisladas para amortiguar los sonidos interiores y exteriores.”
La estación del operador fue reubicada para ofrecer un campo visual vertical sin obstrucciones que se extiende desde las orugas hasta la polea de punta. La visibilidad del lado derecho y del lado ciego se mejoró a partir de la reubicación del asiento. Se han instalado monitores de video elevados con cámaras de circuito cerrado en la máquina para tener una mayor conciencia de las situaciones durante la excavación, el posicionamiento de camiones y el avance.
P&H Prueba Nueva Pala AC
Durante el 2005, P&H Mining Equipment formó un equipo interdisciplinario de personas para investigar la construcción de una pala con accionamientos AC. Este fue un cambio importante para una compañía que sólo un año antes había lanzado el sistema DC Centurion para sus palas. P&H había estado presenciando acontecimientos con accionamientos AC por un largo tiempo. El fabricante de palas con sede en Milwaukee lo consideró seriamente a principio de los ’90, pero no le pareció que la tecnología había evolucionado hasta un punto en que estuviera realmente lista para una aplicación en palas mineras.
Pasaron 15 años, y ahora P&H está convencida que la tecnología AC ha avanzado hasta el punto en que sería tan confiable como sus máquinas DC, posiblemente incluso más confiable. Con los camiones eléctricos de extracción y uso en otras áreas, la tecnología AC se ha convertido en la corriente dominante para faenas mineras a rajo abierto y las mismas minas estaban presionando a P&H a darle otra vuelta a asunto.
P&H sabía que necesitaba dos ingredientes para hacer que el lanzamiento de su primera pala AC fuera exitoso: el socio tecnológico correcto en términos de accion-
amientos y una mina tolerante para servir como terreno de pruebas. Seleccionaron a ABB como su proveedor de accionamientos, y Suncor, una minera Canadiense de arenas bituminosas, acordó comprar la primera máquina.
“Habíamos tomado una decisión consciente a principios de la década para estandarizar sobre accionamientos DC de ABB, lo que condujo al desarrollo de la plataforma Centurion,” dijo Curt Hanson, director-gerente de producto de P&H. “Cuando comenzamos a considerar energía AC para las palas, la tecnología de accionamientos de ABB estaba bien avanzada comparada con otras opciones en ese momento y fue un ajuste complementario para nuestro sistema Centurion.”
La compañía también consideró brevemente a ABB como posible proveedor de motores, pero eligió quedarse con motores P&H. los motores diseñados a la medida son una importante competencia para P&H, explicó Hanson, “y fuimos capaces de diseñar un motor que se ajuste al mismo espacio ocupado de nuestros motores DC.” El nuevo sistema sería construido con motores AC P&H y accionamientos ABB. Los ingenieros de P&H entraron a un ciclo de creación de dos años.
Entre tanto, P&H comenzó el proceso de selección para un socio de puesta en marcha. “Tenemos un proceso interno que se centra en que nuestros nuevos productos tengan una puesta en marcha perfecta,” dijo Hanson. “Un gran componente de ese proceso de selección es escoger el socio correcto. El socio ideal es una mina con conocimientos de tecnología, pero que tenga una alta tolerancia para depuración en la puesta en marcha. También debe estar dispuesto a compartir un poco de riesgo.” Suncor estuvo de acuerdo en ser ese socio. Las condiciones extractivas en arenas bituminosas son duras, y la compañía ya operó seis palas P&H y tenían experiencia con tecnología AC.
Durante la fase de puesta en marcha, P&H tuvo poca actividad en la etapa final del proceso para darle a sus ingenieros tiempo para rectificar las fallas. La primera pala AC comenzó a operar en Suncor a principios del 2007. “Para lanzar un producto exitosamente, tendríamos que dejar tiempo para que los ingenieros realicen pruebas finales en el banco por un periodo de tiempo antes de entregarlo a la mina,” dijo Hanson. “Este fue un plan acordado.”
Antes de la llegada de la pala AC 4100BOSS a las arenas bituminosas, P&H realizó un amplio testeo de componentes en los motores y accionamientos en Milwaukee, analizando condiciones de carga y sin carga. Ellos también realizaron pruebas de control dinámico con el sistema Centurion y los pre-cablearon antes de enviarlo para probar su adaptabilidad. “Todos los ‘tropezones’ de la prueba alfa se resolvieron y ahora solo queríamos asegurarnos que funcionaba en terreno desde un punto de vista beta,” dijo Hanson. La pre-pruebas internas se agregaron al éxito de la puesta en marcha.
En Enero del 2007, comenzó a operar la primera 4100BOSS AC y P&H la envió oficialmente a Suncor en Abril. Desde aquel momento, Suncor ha puesto en operaciones cuatro palas AC adicionales. La compañía ahora opera una flota de 11 palas P&H, cinco de las cuales son AC.
P&H tenía un acuerdo contractual con Suncor en que, si las máquinas AC eran aceptables, adaptaría las máquinas AC con los paquetes DC. “Hemos realizado una investigación comparando las máquinas AC con máquinas DC en Suncor,” dijo Steve Droste, gerente de producto palas de P&H. “Ese informe fue bastante favorable. Esencialmente estamos viendo niveles más altos de disponibilidad e importantes ganancias en productividad.”
Suncor confirmó que la disponibilidad es 2,5% más alta que la de las palas DC. “La pala AC es más rápida y un poco más fuerte que la DC,” dijo Pedro Fimbres, ingeniero de confiabilidad de Suncor. “A los operadores le gusta. Ellos ven una diferencia entre AC y DC, especialmente al pasar de modo de levante a modo de avance.
“Basados en un informe entregado por P&H, estamos viendo un mejoramiento del 3% en el tiempo de ciclo con la pala AC,” dijo Fimbres. “Durante el año pasado, la máquina AC tuvo menos problemas eléctricos que la máquina DC. A pesar que aún tenemos algunos problemas eléctricos en los que estamos trabajando.
“La pala está teniendo un buen rendimiento,” dijo Fimbres. “Estamos trabajando con P&H y ABB para encargarnos de las fallas que ocurrieron durante la puesta en marcha y el primer año de operación. En su conjunto, tenemos una lista de los problemas que ya han sido resueltos de manera oportuna.
“Desde un punto de vista eléctrico, se han logrado ganancias por no tener carbones en los motores AC,” dijo Fimbres. “Le estamos haciendo mantención con la misma frecuencia que con las máquinas DC. Desde el punto de vista mecánico, las consideraciones de mantención son las mismas.”
Owen Tremblett, gerente de cuentas MinePro para Suncor, piensa que la máquina AC es el camino del futuro. “La máquina opera más rápido y hay menos mantención planificada,” dijo Tremblett. “Con los motores AC, no hay necesidad de mantenciones intrusivas para chequear los carbones. En una PM promedio, la mina fácilmente está eliminando cuatro horas-hombre por cada turno de 12 horas. Probablemente podrían aumentar el intervalo de mantención de 750 a 1.000 horas.”
La pala AC trabaja a través del banco mucho más rápido. Usando motores AC, P&H fue capaz de aumentar el peak de caballos de fuerza y alcanzar mayores velocidades que las máquinas DC, explicó Mark Emerson, líder de grupo-ingeniería de accionamientos y controles de P&H. “Las máquinas AC tiene menor demanda de inercia que las palas DC, lo que implica un mejor rendimiento del sistema,” dijo Emerson. “La inercia requerida para desacelerar los motores ha disminuido. Con la naturaleza dinámica de una pala, hay algunas ganancias de productividad en esa área.” Con el mayor peak de caballos de fuerza y la eficiencia mejorada del sistema de la pala, explicó Emerson, la pala pasa menos tiempo en el banco.
“Aún cuando la pala está logrando tiempos de ciclo más rápidos, no ha habido un efecto apreciable en la confiabilidad ni en la estructura, ni en la máquina,” dijo Brent Taylor, representante de soporte de fábrica de P&H.
“La disponibilidad ha sido constantemente alta, y es algo que hemos estado observando de cerca,” dijo Hanson. “Hicimos un buen trabajo manteniendo bajo control los pequeños problemas durante la fase de puesta en marcha y manteniendo esta pala productiva.”
“En cada indicador que hemos examinado, todo ha sido más favorable con las máquinas AC, en términos de disponibilidad, productividad, toneladas por kilovatio consumidas, etc.,” dijo Droste. “Cada dimensión que hemos medido cumple o sobrepasa las expectativas.”
Ese año, P&H planea lanzar esta tecnología AC en sus palas 4100XPC. La primera 4100XPC AC irá a la mina Fording River, una importante faena carbonífera Canadiense ubicada cerca de Elkford, B.C.
Para hacer que esta transición sea tan exitosa como el debut en las arenas bituminosas, P&H tendrá que mejorar su estructura de servicios en todo el mundo. La gente que participó en el proyecto Suncor, cree Hanson, será el semillero para desarrollar el avance de la experticia.
