En la actualidad, la industria minera enfrenta serios desafíos, como la menor concentración de minerales, las severas condiciones climáticas en lugares remotos así como el compromiso y responsabilidad en la protección del medioambiente. Por su parte, la volatilidad de los precios de las materias primas es otro de los factores que ejerce presión económica sobre la actividad minera. La operación requiere nuevas opciones que sean: rápidas, prácticas, amigables y en tiempo real para lo cual las soluciones digitales reúnen las mejores condiciones para abordar estos desafíos y mejorar la productividad.

BeltGenius ERIC es un gemelo digital sofisticado de fajas transportadoras. ERIC significa Control Inteligente para la Eficiencia y Confiabilidad. Este gemelo digital procesa los datos de sensores en tiempo real con el fin de calcular el indicador de desempeño energético (EnPI) de sus fajas, señalando oportunidades de mejora. Además, el área de mantenimiento tiene la oportunidad de detectar fallas en forma temprana, lo cual aumenta la disponibilidad de operatividad del sistema transportador.

Eficiencia energética de las Fajas transportadoras

El procesamiento y transferencia de datos en tiempo real ofrece a los operadores un panel de instrumentos que le indica el desempeño que cada sección de la faja transportadora presenta en ese momento como su EnPI, el cual se define como la cantidad de energía requerida para transportar una tonelada de mineral en un kilómetro de distancia [Wh/(t*km)]. Si el EnPI cambia repentinamente –que será sinónimo de

Monitoreo del desempeño de una sección de la correa

A menudo, las fajas transportadoras contienen segmentos  (empalmes) de distinta calidad y de múltiples fabricantes.

El gemelo digital calcula el consumo de energía [Wh/ (t*km)] de cada segmento de correa por separado, utilizando sensores y señales RFID. Es resultado es un claro reporte de desempeño de cada tipo de faja que está usando el sistema transportador.

“BeltGenius ERIC es una innovación radical que se ocupa no solo de monitorear las condiciones y el mantenimiento sino que, además, ofrece a las empresas mineras una plataforma de evaluación comparativa completamente transparente.”

 Monitoreo de capacidades factibles

El gemelo digital ERIC está calculando constantemente la capacidad de transmisión de torque físico de cada una de las poleas motrices. El panel de instrumentos muestra la reserva de carga del momento, antes de que ocurra una sobrecarga (deslizamiento) eléctrica o mecánica. Esto permite al sistema transportador operar a su máxima capacidad mecánica y eléctrica. Todo esto, mientras ERIC protege las poleas y la correa de los deslizamientos que pueden reducir importantemente su vida útil.

Características

– Gemelo digital para fajas transportadoras.

– Antena y sensores RFID durables.

– Servicios de almacenamiento seguro en nube.

– Panel de instrumentos en tiempo real para monitoreo.

– Evaluación comparativa para tipos de fajas.

– Evaluación comparativa para fajas transportadoras.

– Conformidad con ISO 50001.

– Reserva contra cálculo de sobrecarga.

Beneficios

+ Total transparencia de eficiencia energética en los sistemas de fajas transportadoras.

+ Capacidad de predicción de fallas.

+ Prolonga la vida útil de los componentes más importantes, como las transmisiones, fajas, poleas y polines.

+ Reducción significativa y sostenible de los costos de transporte de material a granel.

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Estos factores incrementan los capex (inversión de capital) como el opex (costo de operación). Al diseñar un equipo aparte de considerar estos factores es necesario cumplir con los requerimientos del demandante en tanto el tonelaje a transportar, el tipo de material, topografía, entre otros, con lo cual se realiza la ingeniería de diseño la cual a groso modo contempla un gap de un 20% sobre los requerimientos de operación. Con esto se tiene la seguridad de que al operar el equipo transportador con el material considerado originalmente no se tendrá inconvenientes en el desempeño de todos los componentes del sistema, sobre todo los críticos, entre ellos: cinta transportadora, motor, poleas y estaciones de polines.

Este 20% es una reserva ante un mayor requerimiento de material a transportar, por incremento de producción o atollo del chute de alimentación del equipo transportador, entre otros.
Frecuentemente este porcentaje de reserva es utilizado en operación, de manera que es común encontrar transportadores operando en su condición de diseño.

Esta situación tiene las siguientes consecuencias, que a la larga dificultan la normal operación e incluso ocasionan paradas no programadas con las consiguientes perdidas de producción. Ante cualquier requerimiento imprevisto, por ejemplo, atollo del chute alimentador, no tendremos potencia para desatollarlo.

Al no poseer en la operación este gap de reserva considerando al realizar la ingeniería de diseño del equipo transportador, nos encontraremos con problemáticas derivadas de sobrecargas en los componentes móviles ya señalados. Es importante destacar que cuando se habla de un tonelaje de diseño, la faja transportadora es adecuada para operar hasta ese tonelaje y no superior. Normalmente en las operaciones mineras se habla de tonelaje promedio, lo cual implica que el tonelaje de diseño durante varios espacios de tiempo puede ser superado. Por ejemplo, un equipo diseñado para 1.200 t/h durante una hora operó durante 18 minutos a 500 t/h y durante 42 minutos 1.500 t/h, por lo cual su condición de operación fue de 1.200 t/h promedio, pero en realidad durante 2/3 del periodo se operó un 25% sobre la capacidad de diseño del equipo transportador.

Si trabajamos sobre la condición de diseño, una de las primeras señales o síntomas que detectaremos son derrames de material en diferentes puntos del transportador.

Por efecto de los derrames, los polines de carga o retorno no giraran libremente y aumentaran por consecuencia los roces, con el consiguiente aumento de tensiones en el trasportador.

Esto aumenta las probabilidades de atrapamiento de material entre la faja transportadora y polea de descarga, lo cual nuevamente demandará mayores tensiones en el equipo, la situación se magnifica en los equipos con fajas cables de acero, dado que estas por su baja elongación no pueden reaccionar ante piedra atrapadas.

Por el aumento de tensiones y roces adicionales ya comentados, el equipo transportador comienza a demandar mayor potencia lo que nuevamente aumentará las solicitaciones de tensiones.

Al aumentar las tensiones, los factores de seguridad de la faja transportadora comienzan a disminuir y esta alza de tensión tendrá efectos sobre los empalmes.

Es importante destacar que el diseño de un equipo trasportador considera todos los accesorios que lo conforman. Cuando incrementamos o agregamos un elemento adicional estamos también variando esta condición calculada inicialmente. Cualquier elemento que toque la faja transportadora incrementará la tensión resultante total en el equipo, siendo relevantes por ejemplo el extender los skirtboard y agregar limpiadores o raspadores no considerados en el diseño original.

Todas estas situaciones que incrementan las tensiones en el equipo traen como consecuencia que los requerimientos de mantención aumenten, con la consiguiente baja en la disponibilidad del equipo y aumento de los costos de operación.

Es importante por ende operar dentro de los parámetros recomendados para la operación del equipo transportador, los cuales siempre son un 20% menos de la condición de diseño considerada. Los valores tanto de operación como de diseño son “peak” a los cuales el equipo podría operar; no son valores promedio.

Las condiciones de operación deben estar regidas al igual que un semáforo de tránsito.

Verde: Dentro de las condiciones de operación recomendadas por el diseño

Amarillo: Sobre las condiciones de operación recomendadas, bajo las condiciones de diseño.

Rojo: Sobre las condiciones de diseño.

Autor: Patricio Candia G. 

Consultor Especialista Ingeniero Químico de la Universidad de Concepción de Chile. Especializado internacionalmente en Equipos Transportadores, Conminución de Minerales y Tecnología de Correas Transportadoras.

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Overland Conveyors / Curvoductos®
Las fajas transportadoras a polines/rodillo son las de más amplio uso. Su principal desventaja es su limitada capacidad de hacer curvas verticales u horizontales. En la minería hay fajas de hasta 40,000 t/h, aunque normalmente una faja/cinta larga en la industria está limitada a 25,000 t/h.
El desarrollo tecnológico de las bandas y de los empalmes de cinta, permite trabajar con altas tensiones y grandes potencias instaladas con velocidades de cinta de hasta 8.5 m/s.  Lo innovador son los Curvoductos, patentados por una empresa francesa, que permiten curvas horizontales de pequeño radio (250m) y pendientes de hasta 16º.
Ya hay un Curvoducto en Perú, de 1,50 Km de largo y 350 t/h con una curva de 800 m de radio y una subida de 350 m. Con esta única faja evitaron dos transportes con una torre de transferencia, lo que es un ahorro significativo. Ver foto 2.

En Brasil, en joint-venture con una empresa brasilera, instalaron una faja transportadora de 20,000 t/h para mineral de hierro (densidad 2,20 t/m3) y 3,15 Km de longitud sin curvas.

En China, lo que ellos consideran el sistema de transporte a faja más largo del mundo: dos fajas de 2.500 t/h y 40 Km en sólo tres tramos: 1 x 10 Km + 1 x 13 Km + 1 x 17 Km. Ver foto 1.

Pipe Conveyor / Faja Tubular
Es una cinta cerrada que soluciona varios de los problemas de las fajas convencionales, como el producto está totalmente encerrado por la banda en la mayor parte de su trayecto, genera menor contaminación ambiental ya que se elimina el derrame y la generación de polvo. Además el producto queda protegido de la contaminación exterior; protegido contra robo a lo largo del transportador y la posibilidad de transportar producto en el trayecto de retorno, ya que la banda también se desplaza formando otro tubo. Permite curvas cerradas, de poco radio de giro, tanto verticales como horizontales, así como en tramos con pendiente de hasta 30º.
Una faja tubular permite remplazar varias fajas convencionales, reduciendo la necesidad de múltiples puntos de transferencia.

ROPEWAYS – Teleféricos para transporte de materiales
Desarrollado durante el siglo XIX, los teleféricos fueron ampliamente utilizados antes de la llegada de la faja transportadora a la industria minera. Tiene un lugar en el transporte de graneles en geografías de gran pendiente, donde los trabajos civiles y requisitos de soporte estructural son caros. Alcanzan capacidades de hasta 500 t/h para productos a granel, con cargas individuales de los baldes de hasta 2 ton. Los tramos entre las torres de apoyo pueden alcanzar hasta los 3,000 m.
Es una vieja tecnología que se convierte en una nueva solución, para ciertas aplicaciones, con estaciones de carga y descarga rápidas.
Un estudio en Perú evaluó un sistema RopeWay de 140 Km y 200 t/h bajando mineral desde 4.000 m hasta la costa, resultando en 20 secciones de 7 km c/u. Lo interesante es que entre una sección y otra no es necesario descargar el balde y volver a llenarlo, sino que se transfiere el mismo balde a la estación siguiente. Como el sistema es descendente puede llegar a generar energía o tener un balance energético muy bajo.
En otro proyecto de 12,5 km y 250 t/h se comparó el transporte por camiones versus un sistema RopeWay y resultó que el CAPEX es muy similar pero el OPEX con RopeWay era la tercera parte que los camiones.

‘ROPECON ®’ – Faja transportadora sobre cables
El RopeCon® es una unidad de carga y transporte de producto a granel que combina los beneficios de dos tecnologías bien reconocidas: la del transporte de personas por cable y la del transporte por banda convencional. Se trata de una banda plana con bordes corrugados en los laterales y un conjunto de ruedas plásticas integradas que corren sobre cables guía de acero anclados entre las torres.
La longitud de transporte, en una sola sección, puede ser, en teoría, de hasta 30 km, la capacidad de transporte de hasta 25,000 t/h, la inclinación vertical de hasta 1.000 m por cada sección, la inclinación de más de 60° y las velocidades de correa de hasta 8.0 m/s.
Los vanos libres entre torres de soporte pueden ser de hasta 1.000 metros

El RopeCon es un increíble sistema que hace recordar a una “faja voladora “, teniendo la habilidad de superar terrenos difíciles, con obstáculos como ríos, montañas, valles, bosques e incluso carreteras, líneas ferroviarias y edificios, reduciendo al mínimo las obras civiles y su impacto ambiental.
En Jamaica, una de estas fajas que transporta 1.200 t/h de bauxita en una distancia de 3,4 kilómetros con una caída de 470 metros, la fuerza de frenado es convertida en energía eléctrica, generando 1.300 kW. Además no fue necesario construir nuevos caminos, remplazando 1.200 viajes de camiones diarios.

Snake Conveyor o HAC (High Angle Conveyor)
También denominado Sandwich Conveyor es un transportador cerrado, desarrollado en los EEUU, con dos bandas o cintas que se superponen, haciendo un verdadero sandwich con el producto, permitiendo que una faja horizontal vaya a curvas totalmente verticales de hasta 90º sin transferencias. La banda superior aprieta al producto sobe la banda inferior. Hay dos motores para cada banda. Una verdadera tecnología hermética y estanca al polvo.

Fajas Móviles Telescópicas
Si bien es un transportador convencional, lo innovador es que pocos saben hacerlo telescópico, lo que los convierte en una herramienta de transporte y carga muy versátil. Se pueden alcanzar capacidades de +2.000 t/h y largos de hasta 51 m, incluida la extensión telescópica de 16m.
Pueden movilizarse sobre orugas, rieles, neumáticos o sistemas mixtos.
La función principal es para apilar y cargar buques, lo que se puede hacer con el mismo equipo, primero trabaja apilando y luego, cuando hay un buque, la pala cargadora saca de la pila, y opera como shiploader.

Tolva supresora de polvo DSH (Dust Suppression Hopper) ®
Es un ingenioso sistema de control de polvo para la carga de camiones, de vagones, contenedores, barcazas, navíos, almacenes y chutes. Sin partes móviles y sin aspiración. No consume energía.
Se instala bajo un punto de carga donde pueda estar suspendido y mantenido a nivel de operación.
Trabaja eficientemente con distintos productos granulares secos, de libre escurrimiento.

Conclusiones
La factibilidad de muchos proyectos mineros depende de la logística para llevar el producto de los yacimientos a la planta de beneficio y de allí a los puertos.
Es muy conveniente hacer una comparación entre estas tecnologías alternativas, ya que se pueden lograr economías sustanciales que mejoran sensiblemente los costos y pueden hacer viable un proyecto.

Alrededor del mundo hay más de 1000 sistemas Overland Conveyor funcionando, mientras que hay alrededor de 500 Fajas Tubulares, más de 100 HAC Snake Sandwich Conveyor y sólo 12 referencias de Ropecon, porque es un desarrollo nuevo.
Según la topografía y requerimientos de un proyecto puede resultar que sea conveniente combinar estos sistemas en un mismo trayecto.
En cualquier alternativa, se busca evitar o minimizar las estaciones de transferencia pues son muy caras, producen desgaste en la banda, requieren soportes de apoyo, controles eléctricos, mayor potencia consumida, sistemas de control de polvo y mayor plazo de obra. También dificultan la operación, pues pueden generar atoramientos, los chutes son un tema delicado y se requiere mayor mantenimiento.
Muchas de estas tecnologías pueden reemplazar a las fajas transportadoras convencionales; otras no, pero las pueden complementar bajo condiciones específicas.
La correcta selección de un sistema de transporte o un mix de algunas de estas tecnologías, debe considerar costo de capital y operativo, cuestiones ambientales y sociales, obras civiles y accesos, para una mejor evaluación y factibilidad del proyecto.

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