LA VERSATILIDAD DE LA TERMOGRAFÍA EN EL SECTOR MINERO

Los Infrarrajos Pueden Ser Una Herramienta de Supervisión Vital en Cada Paso del Proceso

En un sector en el que la climatología adversa y unas duras condiciones ambientales son habituales en el lugar de trabajo para cientos de miles de trabajadores, la termografía ha demostrado ser una herramienta fiable para ayudar a limitar el tiempo de inactividad no planificado, para mejorar la seguridad laboral y, en el proceso, para ahorrar millones de dólares. Esta nota de la aplicación explora el valor de integrar termógrafos en la supervisión de las condiciones del «proceso» (el «proceso» de extraer mineral de la mena) y en los programas de mantenimiento predictivo en sistemas eléctricos y mecánicos de las operaciones mineras. Trata también sobre aplicaciones más recientes que se están haciendo populares en el sector de la minería.

Desafío

En muchos sentidos, una mina es como una ciudad en miniatura. Dispone de sus propios servicios, carreteras, equipamiento de procesos especializado, estándares de seguridad y regulaciones, así como de una mano de obra específica y capacitada. Las minas funcionan 24 horas al día, 365 días al año. Una amplia infraestructura suministra energía eléctrica procedente de subestaciones locales, mueve aire refrigerado hasta las profundidades y bombea agua para evitar inundaciones. Camiones volquetes de hasta 400 toneladas, potentes palas (propulsadas por gas y electricidad), trituradoras, molinos e instalaciones de procesamiento extraen metales preciosos u otros materiales esenciales del mineral de kilómetros de túneles subterráneos o de cientos de hectáreas en las minas a cielo abierto.

Las minas necesitan grandes suministros de energía de subestaciones in situ.

Los costes del tiempo de inactividad

Los posibles ingresos de una mina están directamente relacionados con su producción, que se determina por lo bien que funcionan todos los sistemas sin interrupciones imprevistas. Por ejemplo, el proyecto de minería de futuro Gold Bar estima un perfil de producción de 1780 kg de oro al año. Como se trabaja 365 días al año, esa cantidad se corresponde con poco menos de 5 kg al día y con 200 g a la hora. Si el oro tiene un precio de 42 dólares por gramo, la pérdida de ingresos a la hora por tiempo de inactividad es de 8628 dólares. Con ese ritmo, hace falta menos de una semana para que una mina pierda millones de dólares.

Algunas minas producen menos y algunas más, y este ejemplo ni siquiera tiene en cuenta el aumento de costes operativos que suelen provocar también los cortes de producción. La durabilidad del equipamiento y el mantenimiento pesan mucho en el coste operativo de una mina. Gran parte del equipamiento es personalizado y tan especializado que reemplazarlo resulta prohibitivo. Y con un coste que se eleva en ocasiones a millones de dólares por cada vehículo, las empresas mineras deben hacer el uso más efectivo posible de sus camiones, palas y equipamiento de lixiviación.

Desafíos del mantenimiento predictivo en el sector minero

Para intentar evitar un tiempo de inactividad catastrófico o la pérdida de equipamiento (y para reducir las primas de los seguros y mejorar la seguridad de los trabajadores), las empresas mineras administran programas exhaustivos de mantenimiento predictivo para proporcionar una alimentación ininterrumpida y un tiempo de actividad continuo. El tamaño de la operación determina el tamaño de los equipos que administran los programas. Pero dada la complejidad de los sistemas eléctricos y mecánicos de las operaciones mineras, estos equipos requieren conocimiento y formación en equipamiento minero, transporte y aplicaciones eléctricas. Aunque es habitual que las empresas mineras externalicen algunas tareas, lo más rentable es que sea el personal propio el que se ocupe de todas las tareas posibles de supervisión y reparación. Independientemente de quién se ocupe del mantenimiento predictivo, el sector minero presenta algunos desafíos únicos para tener éxito, como:

• Condiciones ambientales: ya sea por trabajar de noche, bajo tierra, con calor o frío extremos, o en condiciones húmedas, la mayoría de las minas plantean desafíos únicos para la supervisión ininterrumpida y el mantenimiento del equipamiento.
• Polvo: la minería, por definición, es un trabajo sucio. Pero algunas minas son peores que otras. Por ejemplo, las minas subterráneas de carbón tienen un problema mayor con el polvo que una mina a cielo abierto de cobre o de oro.
• Digitalización: el sector minero se está dando cuenta de las ventajas que aporta la digitalización de las operaciones. Como en cualquier sector, un acceso más rápido a los datos mejora la rentabilidad y la productividad. Necesita soluciones de supervisión digital, que generen datos que puedan informar en tiempo real para la toma de decisiones, lo que a su vez produce un retorno de la inversión más rápido.

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Solución

Hace más de 20 años, Per Fostvedt, fundador de Infrared Systems en Ogden, Utah, comenzó a promover el uso de la termografía en operaciones mineras como medio para mejorar programas de procesamiento y mantenimiento predictivo. «La primera vez que empecé a ir a las minas para hablar de las virtudes de los IR, hace unos 20 años o más, el recibimiento fue bastante negativo. Porque en aquella época, su filosofía era utilizar el equipamiento hasta que fallara y, entonces, repararlo o reemplazarlo», afirmó Fostvedt.

Pero esa filosofía ha cambiado con los años. Los programas de mantenimiento predictivo planificado mejoran la seguridad de los trabajadores y ahorran tiempo y dinero. Las cámaras termográficas se han convertido en una herramienta fundamental para el mantenimiento predictivo, sobre todo para sistemas eléctricos y mecánicos, pero también para supervisar muchas operaciones de procesamiento y lixiviación en pilas.

La seguridad de los trabajadores es una de las mayores prioridades del sector minero. Lo normal es que, si hay una solución disponible que mejore la seguridad, las empresas mineras estén dispuestas a invertir.

Muchas minas tienen en propiedad cámaras termográficas y software, y envían a sus empleados a cursos de formación en infrarrojos para que entiendan mejor las aplicaciones y aprendan cómo funcionan las cámaras de IR. De hecho, esto demuestra la importancia que da el sector minero a la termografía desde que Fostvedt fundó Infrared Systems: se programaron los tres primeros cursos de certificación en termografía, al que acudieron empresas mineras en 2018 en Elko, Canadá. Tras su éxito, empresas mineras del sudeste de Estados Unidos querían mantener o posiblemente aumentar este ritmo en 2019. 

Las empresas mineras también contratan a profesionales externos especializados que deben ser capaces de recopilar datos termográficos de calidad, reunir mediciones precisas de temperatura y ofrecer una información oportuna de las condiciones del equipamiento, utilizando conceptos de transferencia de calor con termografía cualitativa y cuantitativa. Los contratistas deben obtener las debidas certificaciones de la Administración de Salud y Seguridad de Minas de Estados Unidos (MSHA), formación in situ sobre riesgos y seguridad, y facilitar verificaciones de antecedentes. Sin embargo, los profesionales externos de termografía ofrecen información especializada, basada en procedimientos de inspección correctos, de patrones térmicos identificables, algunos de los cuales pueden tardar en manifestarse.

Retorno de la inversión eléctrica

Figura 1. Regulador de voltaje a punto de fallar en una subestación de una mina.

Las operaciones mineras confían mucho en la energía eléctrica para la extracción de mineral, su transporte y su procesamiento, ya que es más eficiente y económica que el diésel. El tamaño y los niveles de voltaje suelen ser más altos en una mina que en otros entornos industriales. De hecho, la minería ocupó el tercer lugar tras la industria química y la de la refinería en consumo de energía en 2017, conforme a la Administración de Información Energética de EE. UU. 

La energía se distribuye por toda la mina partiendo de las subestaciones, pasando por un tendido eléctrico de alto voltaje, subestaciones móviles y a través de transformadores. La imagen térmica de la figura 1 muestra el terminal de un regulador de voltaje en una subestación que está a punto de fallar. Esta subestación suministraba energía a operaciones vitales y si hubiera fallado y provocado un corte de producción no planificado, la pérdida de ingresos habría ascendido a millones de dólares. 

De nuevo, en la figura 2, durante una inspección de obras en otra mina, Fostvedt descubrió el terminal de un contactor de 480 V en un cangilón de un centro de control de motores (MCC) que estaba a punto de fallar. Este cangilón del MCC suministraba energía al motor de un variador de frecuencia (VFD) que, de haber fallado, habría provocado una pérdida de ingresos de procesamiento de hasta 100 000 dólares.

Figura 2. Terminal de contactor que alimenta un motor de procesamiento de un VFD a punto de fallar.

Una vez más, en la Figura 2, durante una revisión contractual en otra mina, el señor Fostvedt descubrió una terminación de contactor de 480 V en un cubo de un centro de control de motores (MCC, por sus siglas en inglés) que estaba a punto de fallar. El cubo de este MCC alimentaba un motor de variador de frecuencia (VFD, por sus siglas en inglés); la falla imprevista de este motor pudo haber generado la pérdida de ingresos por proceso de hasta 100,000 USD.

Retorno de la inversión mecánica

De acuerdo con Gates Corporation, el tiempo de inactividad no planificado en una mina provoca unas pérdidas de producción de 180 000 dólares por incidente. Uno de los equipamientos más caros que pueden provocar una pérdida de costes así es la pala de cable. Una pala de cable es la arteria central de cualquier operación minera. Si falla inesperadamente, las consecuencias se propagarán por todo el proceso minero. La mayoría de las minas no tienen piezas de repuesto para palas disponibles inmediatamente. En función del problema y de la antigüedad de la pala, puede incluso que la pieza ya no se fabrique.

igura 3. El cilindro de pluma izquierdo de esta pala eléctrica comienza a calentarse debido a falta de engrasado.

El tiempo de inactividad puede durar días. Por eso es tan importante, el mantenimiento programado periódicamente, incluida la tecnología de IR. Por lo general, se asigna un turno de 12 horas al mes a aplicaciones de mantenimiento predictivo. Problemas como el recalentamiento de los cilindros de la pluma (figura 3), que pueden detectarse durante el mantenimiento planificado periódicamente antes de que fallen, pueden marcar la diferencia entre un arreglo que dure un turno de 12 horas o perder 180 000 dólares por hora en producción y tener que comprar una nueva pala de cable eléctrica de 7200 V, que costará varios millones de dólares.

Otras aplicaciones para el sector minero

Las aplicaciones de la termografía en el sector minero van más allá del mantenimiento predictivo eléctrico y mecánico. En función del tipo de mina, también pueden aplicarse los siguientes casos de aplicación:

• Supervisión de las condiciones: Las cámaras termográficas fijas o montadas en vehículos proporcionan imágenes y datos en tiempo real a una estación de supervisión central que realiza un seguimiento de todo, desde los gradientes de temperatura hasta los armarios eléctricos, pasando por los engranajes. En las minas que están digitalizando las operaciones, los datos de estas imágenes pueden analizarse teniendo en cuenta el tiempo, para predecir con más precisión posibles gallos, planificar ventanas de mantenimiento más cortas y minimizar el tiempo de inactividad. 
• Vigilancia: El tamaño, la accesibilidad y la seguridad son factores que complican la vigilancia manual de los perímetros de la mina. Con configuraciones de panorámica/inclinación/zoom de cámaras térmicas y en color, combinadas con una moderna conexión en red, software y análisis basados en la nube, el centro de mando de una mina puede supervisar toda la instalación desde un solo lugar.  
• Seguridad: Al supervisar la integridad de las paredes de una mina con termografía, las empresas mineras disponen de más datos de estabilidad como referencia al decidir si es seguro enviar mineros a una zona de trabajo. 
• Ventanas de IR: Muchas operaciones mineras solicitan que el equipamiento nuevo incluya ventanas de IR para que las inspecciones termográficas resulten más seguras y sencillas, especialmente las del equipamiento eléctrico. Muchas minas también están reacondicionando equipamiento más antiguo con ventanas de IR. 
• Drones: La supervisión aérea no tripulada ofrece una perspectiva exhaustiva de las diferencias invisibles de temperatura en sistemas de transmisión eléctrica desde el aire y para huecos en la mina.

Ayudar a las minas a mantener la productividad y la seguridad

Las minas requieren equipamiento resistente. Aunque las cámaras termográficas ven a través del polvo, la acumulación de polvo en la lente puede dejar una cámara inoperativa. Especialistas en implementación de FLIR Systems como Infrared Systems utilizan sistemas de purga de aire permanente para eliminar el polvo de las lentes de cámaras de IR fijas. Para las cámaras portátiles de IR, los termografistas suelen realizar las inspecciones con las cámaras en bolsas de plástico transparentes y selladas.

Lo que sea necesario para hacer el trabajo: el sector minero ha adoptado la termografía como un activo fiable para el mantenimiento predictivo. Fostvedt afirmó: «Los IR son una herramienta vital para supervisar los transformadores que alimentan los sistemas de regado, los sistemas de refrigeración, el procesamiento, los MCC y las subestaciones, en la superficie y bajo tierra».

La termografía es una tecnología que marca la diferencia y ayuda a las empresas mineras a hacer lo que deben hacer para alcanzar el éxito: tienen que seguir una mena vaya adonde vaya y nunca saben adónde podría llevarles la muestra de una veta.