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La cuarta revolución industrial y la digitalización en el sector extractivo
Carlos López Jimeno, Dr. Ingeniero de Minas Catedrático E.T.S.I. de Minas y Energía, Universidad Politécnica de Madrid
El Internet de las cosas y la conectividad digital en Minería (Geovia).
INTRODUCCIÓN A LA INDUSTRIA 4.0
El término Industria 4.0, de origen alemán, fue acuñado por el presidente de la Academia Alemana de Ciencias e Ingeniería (ACATECH), Henning Kagermann, y presentado por primera vez en la Feria de Hannover en el año 2011. Por lo tanto, dicho término es una iniciativa estratégica impulsada por el Gobierno alemán que recoge todo un conjunto de recomendaciones para responder a los retos que planteaba el objetivo europeo “Horizonte 2020”. Antes de seguir avanzando, conviene expresar que el concepto de Industria 4.0 está en estos momentos mucho más desarrollado para la industria manufacturera que, por ejemplo, para la industria extractiva. Lo cual no significa que en este sector no se esté haciendo nada.
Por otro lado, y ante la complejidad por asimilar este fenómeno, que también se denomina de la digitalización, conviene adelantar que esta revolución en la que ya estamos inmersos consiste básicamente en la aplicación masiva de las nuevas tecnologías, con Internet a la cabeza, a todos los procesos de una fábrica o explotación minera, de modo que el funcionamiento de la misma sea inteligente y absolutamente eficiente.
La transformación digital es la adaptación de las cadenas de valor de los distintos sectores de la economía a ese efecto disruptivo que comienza con el consumidor digital. La transformación digital es la conexión integral de las distintas áreas de la economía y la manera en la que los actores de cada sector se adaptarán a las nuevas condiciones que imperan en la economía digital.
Con estas premisas se puede sugerir una definición más técnica, en virtud de la cual Industria 4.0 consistiría en la implantación de una red tecnológica de producción inteligente, para máquinas, dispositivos y sistemas que colaboren entre sí. De esta manera se conseguirá fusionar el mundo real y el virtual en las fábricas, permitiendo aumentar la optimización del control de los procesos de trabajo y de las cadenas de suministro.
En el caso del sector extractivo, existen, como se verá más adelante, elementos diferenciadores respecto a una industria o fábrica convencional, por lo que no se pueden extrapolar de manera directa alguna de las estrategias o incluso tecnologías a los diferentes procesos que se llevan a cabo.
No obstante, en este texto se expondrán someramente diversas actuaciones o iniciativas que algunos grupos mineros y compañías están realizando dentro del contexto que se podría denominar Minería 4.0.
Cronología de las revoluciones industriales (ABB).
Implantación de las tecnologías digitales por países dentro de la Unión Europea.
ANÁLISIS RETROSPECTIVO
La industria, entendida como el conjunto de procesos y actividades que permiten transformar las materias primas en productos elaborados o semielaborados, ha experimentado a lo largo del tiempo una evolución, que se ha visto afectada por el surgimiento de avances tecnológicos que han marcado un antes y un después en la historia.
Estos hitos se han pasado a denominar como Revolución Industrial, la cual podría definirse como aquella sucesión de cambios caracterizados por su profundidad y rapidez, que afectan al conjunto de la sociedad.
Significa hablar de puntos de inflexión, de transformación y de evolución o lo que es equivalente a crecimiento y desarrollo.
Los antecedentes se remontan al año 1760 cuando, en tierras británicas, comenzaba la primera etapa de esta andadura. Fueron dos hombres, Thomas Newcomen, y, posteriormente, James Watt, quienes inventaron y perfeccionaron respectivamente uno de los inventos que se convertiría en icono de la Primera Revolución Industrial: la máquina de vapor.
Este invento, junto al descubrimiento de nuevas materias primas como el algodón, el hierro y el carbón, impulsaron el desarrollo del sector textil, el siderúrgico y el de transportes, con la aparición del ferrocarril y del barco de vapor.
Fases típicas de un proyecto minero.
Todo ello significó la mecanización de las tareas que, hasta ese momento, eran manuales y cuya fuerza motor no era sino la humana y la animal, propiciando así la transición de una economía agrícola y artesanal a una economía industrial.
Un segundo hito relevante tuvo lugar a mediados del siglo XIX, que estuvo acompañado por el descubrimiento de masivas fuentes de energía, gas natural y petróleo, y un nuevo vector energético como es la electricidad, que se convertirían en el símbolo de esta Segunda Revolución Industrial.
Paralelamente, también, se produjeron otros importantes avances en los sistemas de comunicación, con la invención de la radio por Guillermo Marconi y del teléfono por Graham Bell.
De igual manera en los medios de transporte se contó con la aparición del primer avión de los hermanos Wright y del primer automóvil por Henry Ford. Esta última invención ha impulsado la producción en masa y una mayor especialización de los procesos productivos.
Durante el siglo XX, todo un conjunto de avances, como son en el sector energético la energía nuclear o las denominadas energías renovables, han jugado un papel fundamental, junto con las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) en la Tercera Revolución Industrial.
Los descubrimientos en informática, electrónica y telecomunicaciones han hecho posible, no solo que un número importante de actividades se realizarán de manera automática dentro de los procesos productivos, sino que además han sido responsables de la proliferación de nuevas tecnologías (PC, ordenadores portátiles, teléfonos móviles, etc.), así como de la irrupción de Internet.
Llegamos así al siglo XXI, en el cual se está conduciendo a la industria hacia otro cambio de paradigma; que se ha pasado a denominar como la Cuarta Revolución Industrial, que contempla una nueva concepción de la industria, abierta y conectada, impulsada por el surgimiento de novedosas tecnologías, materiales y software, cuya convergencia permitirá la interconexión e interactuación de los sistemas, transformando los modelos de producción, producto y servicio, tal y como hoy los entendemos. Los expertos vaticinan la inminente llegada de una nueva etapa a la que se ha denominado “Industria 4.0, la era de la digitalización”.
Otros términos que podrían considerarse como sinónimos, para la gran mayoría de las instalaciones industriales, son los siguientes: Smart Factory (Fábrica inteligente), Digital Factory (Fábrica digital), Conected Factory (Fábrica conectada), etc.
Para concluir este apartado, sirva como llamada de atención una de las definiciones más llamativas que se ha propuesto para la Fábrica del Futuro, que es la debida a Warren Bennis de la Universidad de California del Sur: “La fábrica del futuro tendrá sólo dos empleados: un humano y un perro. La labor del humano será dar de comer al perro y la del perro evitar que el humano toque los sistemas robotizados”.
Surge así el debate de si los robots van a sustituir a mucha de la mano de obra actual, serán los primeros los que tengan que aportar unos
impuestos equivalentes a los presupuestos actuales de la seguridad social, pensiones de jubilación, etc.
SITUACIÓN ACTUAL
La Unión Europea ha apostado decididamente por el proceso de transformación digital de la industria como lo evidencia la comunicación de la Comisión, de Abril de 2016, titulada Digitalización de la Unión Europea - Aprovechar todas las ventajas de un mercado único digital, o el informe del Parlamento Europeo, de mayo de 2017, sobre la digitalización de la Unión Europea, etc.
En España, el compromiso del Gobierno y las empresas con la transformación digital de la industria tuvo su reflejo en el informe titulado Industria Conectada de 2013, impulsado por el antiguo MINETUR.
Como se ha podido constatar, si la industria crece, el país también crece, pues el desarrollo de esta se convierte en motor y estímulo de otros mercados. Su efecto multiplicador se identifica a tres niveles: en crecimiento, ya que 1 euro en la industria genera 1,4 euros en otros sectores, en empleo, pues un nuevo puesto de trabajo en el sector industrial genera una media de 2 empleos nuevos en otros sectores, y en competitividad, ya que los países con mayor nivel de industrialización tienen mayores cuotas de mercado en exportaciones.
La importancia que tiene la industria en la economía de un país es muy relevante y por ello se debe poner un énfasis especial en impulsar la digitalización de las empresas. Basta observar el gráfico de correlación entre el Índice de Digitalización y el PIB per cápita de cada país.
Por otro lado, España se encuentra en una situación deficitaria en
La Unión Europea ha apostado decididamente por el proceso de transformación digital de la industria como lo evidencia la comunicación de la Comisión, de Abril de 2016, titulada Digitalización de la Unión Europea - Aprovechar todas las ventajas de un mercado único digital, o el informe del Parlamento Europeo, de mayo de 2017, sobre la digitalización de la Unión Europea, etc.
Las nuevas tecnologías digitales en una empresa industrial.
cuanto a la implantación de la tecnología digital, siendo el indicador utilizado la suma de los siguientes parámetros: nivel de conectividad, capital humano, uso de internet, integración de la tecnología digital y servicios públicos digitales.
En el mundo se estima que el potencial económico de la digitalización de la industria será del orden de 3 a 4 billones de euros (millones de millones) hasta el año 2025, mientras que a nivel europeo alcanzaría una cifra anual de entre 375 y 415 mil millones de euros.
Sin embargo, la digitalización también entraña riesgos; según la OCDE, se estima que el 12% de los puestos de trabajo en España están en riesgo alto de automatización y otro 20% sufrirá cambios considerables debido a la automatización.
Ese mismo organismo, considera que en España el 25% de los trabajadores adultos carece de competencias digitales, frente al 15% del conjunto de la OCDE, de ahí la importancia de la formación para adecuar la capacitación profesional a la demanda futura del mercado de trabajo y transformar así la digitalización en una oportunidad en lugar de ser percibida exclusivamente como un riesgo.
Desde Europa se defiende el papel clave de la industria, no solo para la recuperación económica, sino también como elemento motor para devolver a la economía europea a la senda del crecimiento. Esto se basa en dos evidencias: 1) los países que mejor han superado la pasada crisis se caracterizan por un férreo sector secundario; y 2) cinco de los diez primeros países más competitivos a nivel mundial presentan un PIB industrial por encima del 20%.
LOS RETOS DEL SECTOR EXTRACTIVO EN EL FUTURO
Durante las últimas décadas, el sector minero se ha caracterizado por llevar a cabo su actividad en unos escenarios cada vez más desfavorables. Con carácter general, pero no extensivo a todos los proyectos en marcha, se puede afirmar que se están produciendo los siguientes fenómenos:
• Agotamiento de las reservas de yacimientos superficiales.
• Descenso paulatino de las leyes.
• Bajada de las productividades.
• Incremento de los costes de mano de obra.
• Dificultades de acceso a nuevos depósitos por cuestiones medioambientales.
En el caso de España, al igual que ocurre en otros países europeos, esas tendencias están aún más acentuadas, pues durante varios siglos se ha venido explorando y explotando el territorio, las densidades de población son mucho mayores y, también, la presión social y las exigencias medioambientales son más elevadas que en otros continentes o países no europeos.
Lo anterior da lugar a que se conviertan dichas situaciones problemáticas en verdaderos retos que deben afrontar las empresas mineras del fu-
En el caso de España, al igual que ocurre en otros países europeos, esas tendencias están aún más acentuadas, pues durante varios siglos se ha venido explorando y explotando el territorio, las densidades de población son mucho mayores y, también, la presión social y las exigencias medioambientales son más elevadas que en otros continentes o países no europeos
turo, siendo algunos de los objetivos los siguientes:
• Producción de los minerales con arranque selectivo para evitar las pérdidas y reducir la dilución.
• Diseño y fabricación de equipos mineros con accionamiento eléctrico para reducir las necesidades de ventilación en las minas subterráneas.
• Producción, transporte y tratamiento con equipos autónomos.
• Impacto ambiental mínimo sobre las personas y el medio ambiente, estableciéndose unos umbrales al mínimo imprescindible la ocupación y alteración de espacio natural debido al almacenamiento de estériles y/o residuos.
Un aspecto que se contempla en ese modelo de Minería 4.0 es el de “Explotaciones de bajo impacto ambiental”, habiéndose propuesto otros términos alternativos para desarrollar la actividad extractiva de acuerdo con otros nuevos estándares, utilizando otros términos, como son “Minería verde”, “Minería sostenible”, etc., ya que en países densamente poblados existe un rechazo a que se desarrollen actividades extractivas, debido a las molestias que habitualmente han sufrido las personas que residen en las proximidades.
Ese rechazo es lo que se ha pasado a denominar efecto NIMBY en inglés (Not in My Back Yard) y que se podría traducir como “no en mi patio trasero”.
De este efecto, recientemente, se ha pasado a otro más radical denominado en inglés como efecto BANANA (Build Absolutely Nothing Anywhere Near Anything, “No Construir Absolutamente Ninguna Cosa en Ninguna Parte Cerca de Nada”).
Con respecto a las explotaciones del futuro, también se requiere una alta seguridad, elevada productividad y eficiencia en el consumo de recursos estraidos. En general, para alcanzar esas metas, se requerirá un gran esfuerzo en el campo de la tecnología de sensores y en la comunicación máquina a máquina (M2M).
Los estándares M2M para el intercambio automatizado de información entre dispositivos, tales como las máquinas, los vehículos o los contenedores, o con una unidad de control central, incrementarán el uso de Internet y los diversos accesos a las redes, como es por ejemplo la red de telefonía móvil.
Paralelamente a lo anterior, no hay que olvidar el importante aumento de la población mundial, que según todas las previsiones alcanzará en el año 2030 los 8.600 millones de habitantes. En estos momentos se estima que la producción mundial de minerales, incluyendo los áridos y otros materiales destinados a la construcción, supera los 36.000 Mt.
Aun manteniendo el consumo per cápita actual, se deduce el importante papel que jugará el sector extractivo para satisfacer esa creciente demanda de materias primas.
Como ejemplo de lo anterior, cabe decir que durante el siglo pasado la población se multiplicó, desde 1910 hasta el año 2010, por 4, mientras que la producción mundial de hierro y de cobre lo hicieron por 14 y por 22 respectivamente.
En este momento, y desde hace ya más de varios años, determinados países, como EEUU, Australia, Canadá, e incluso la Unión Europea, vienen trabajando, en varios ámbitos, para garantizar a sus industrias transformadoras de los elementos
Presencia de dispositivos y equipos digitales en un complejo minero a cielo abierto.
En las últimas décadas han destacado algunos sectores industriales, como el del automóvil o el de la electrónica de consumo, a la hora de incorporar las nuevas tecnologías en sus procesos productivos e incluso en su gestión, en toda la cadena de valor, desde la propia industria auxiliar que abastece de componentes a las plantas de montaje hasta la logística que permite poner el producto final allí donde está el cliente que va a adquirir ese bien de consumo
y/o minerales que se han pasado a denominarse críticos y estratégicos.
EL GRADO DE MADUREZ DIGITAL EN LOS DIFERENTES SECTORES INDUSTRIALES
En las últimas décadas han destacado algunos sectores industriales, como el del automóvil o el de la electrónica de consumo, a la hora de incorporar las nuevas tecnologías en sus procesos productivos e incluso en su gestión, en toda la cadena de valor, desde la propia industria auxiliar que abastece de componentes a las plantas de montaje hasta la logística que permite poner el producto final allí donde está el cliente que va a adquirir ese bien de consumo.
En la figura siguiente se puede observar cómo ha evolucionado la automatización en la industria tradicional en diferentes sectores, estando a la cabeza el sector del automóvil, y a la cola el sector minero. Asimismo, se representa cualitativamente el salto que representa la digitalización. A pesar de la inercia que caracteriza al sector extractivo, siempre hay excepciones y, como se verá más adelante, existen grupos empresariales que están llevando a cabo distintas iniciativas para hacer frente a diferentes condiciones adversas. Así, por ejemplo, en el sector del cobre se puede ver en la figura de la página como uno de esos grupos mineros ha adoptado una serie de medidas para hacer frente a la disminución paulatina de la ley o contenido en metal de los yacimientos. En las últimas décadas, no solo han aumentado las producciones para aprovechar los menores costes de operación debido a las economías de escala sino que han incorporado maquinaria de mayor capacidad, más productiva y eficiente. Así, se puede ver que desde los años 60, en los que se empleaban dúmperes mineros de unas 35 t de capacidad, se ha pasado a emplear a día de hoy, dúmperes de 450 t.
De igual forma, en lo que se refiere a los molinos de las plantas, que realizan una de las operaciones básicas de liberación de las partículas de metal que constituyen las menas que se explotan, los diámetros de los molinos han pasado de los 5,5 m y 450 kW de potencia instalada en los años 50 del siglo pasado hasta molinos con la tecnología autógena con más de 12 m de diámetro y unos 28.000 kW de potencia.
Ventajas de la automatización de la maquinaria minera (Sandvik).
ÁMBITOS DE APLICACIÓN DE LA TRANSFORMACIÓN DIGITAL EN MINERÍA
Un aspecto relevante de la minería, común a diferentes recursos minerales que hoy día se explotan, es el de la localización física de los yacimientos, ya que estos se encuentran allí donde la naturaleza, de manera caprichosa o aleatoria, ha encontrado las condiciones adecuadas para su formación. Esto equivale a afirmar que las explotaciones mineras, al contrario de lo que opinan muchas personas, profanas en estas materias, se tienen que abrir allí donde se localizan los citados yacimientos, no existiendo la capacidad de elección del emplazamiento, salvo para algunas de las instalaciones de tratamiento o instalaciones auxiliares.
Conviene, en este apartado, recordar algunas de las fases principales de desarrollo de un proyecto minero, con el fin de definir el alcance que, en nuestra opinión, debe tener la digitalización dentro de este sector. Esa digitalización debe abarcar desde la exploración y prospección hasta la fase de comercialización de los minerales o productos derivados de estos, es decir toda la cadena de valor. El final del proyecto coincidirá con la clausura de la mina, llevándose a cabo todos los trabajos de recuperación de los terrenos afectados, desmantelamiento de las instalaciones auxiliares, etc.
Dentro de la primera fase, los diferentes trabajos que se realizan permiten adquirir unos pocos datos puntuales del yacimiento para, a partir de una interpretación geológica, inferir una globalidad usando diferentes técnicas de estimación.
Actualmente, existen varios paquetes de software en el mercado que
Cargadora LHD S7T eléctrica y operación de carga por control remoto (Epiroc).
facilitan la creación de esos modelos numéricos, que a lo largo de la vida de la mina se deberán ir actualizando modificando mediante la incorporación de los datos que se vayan adquiriendo, tanto de tipo geológico como económico, por ejemplo, una variación en el precio de venta o cotización de un producto mineral determinado. Esta fase es trascendental para el futuro de la mina, cuestión que en muchas ocasiones se obvia con gran ligereza o, tal vez, desconocimiento. A partir de esos primeros modelos, que suelen estar constituidos por bloques o paralelepípedos que permitirán conocer todos los recursos geológicos existentes, se efectúa el diseño del hueco minero, pasando a continuación a evaluar las denominadas reservas económicamente explotables.
Cada yacimiento en explotación debiera tener su inventario de recursos y reservas debidamente estructurado, de acuerdo con algunos de los códigos que se han publicado por diversos organismos de reconocido prestigio (Bureau of Mines de los EE.UU, JORC y VALMIN de Australsia, etc.) y que permiten una clasificación de los mismos atendiendo al grado de certidumbre geológica y a la viabilidad económica de su puesta en explotación.
TECNOLOGÍAS HABILITADORAS PARA LA DIGITALIZACIÓN
Las tecnologías habilitadoras se pueden definir como el conjunto de herramientas que permitirá impulsar la transformación digital de la industria y que se presentan como los pilares sobre los cuales se construirá este nuevo escenario.
Estas son conocidas como:
• Internet de las Cosas (IoT).
• Sistemas Ciberfísicos (CPS).
• Realidad Aumentada.
• Simulación.
• Robótica Colaborativa.
• Fabricación Aditiva.
• Big Data.
• Cloud Computing.
• Ciberseguridad.
A continuación, se describen someramente las principales características de cada una de ellas y sus posibles aplicaciones al sector de la minería.
Internet de las cosas
Uno de los cimientos principales sobre el que se asientan los fundamentos de la Industria 4.0 es el binomio formado por dos conceptos absolutamente revolucionarios, como son el Internet de las Cosas (en inglés, IoT) y los llamados Sistemas Ciberfísicos.
El hecho de que, al ritmo actual, todos los objetos o dispositivos acabarán estando conectados, siendo la idea central de esta tecnología habilitadora.
De acuerdo con los datos publicados por la empresa norteamericana Cisco, en el año 2003 había 500 millones de dispositivos conectados a Internet, momento en el que la población mundial era de 6.300 millones (es decir 0,08 conexiones por persona), mientras que en el año 2015 el número de dispositivos conectados ya sumaba la cifra de 25.000 millones, siendo la población mundial de 7.200 millones (esto es 3,47 conexiones por persona).
Este concepto de la conectividad surge en el MIT (Instituto de Tecnología de Massachusetts) y fue expuesto por primera vez por Kevin Ashton, uno de sus profesores, según el cual se puede definir como la capacidad de poder conectar a Internet cualquier objeto.
A día de hoy, no existe una definición consensuada del IoT, pero podría expresarse técnicamente como: “el paradigma tecnológico que permite dotar de conectividad a Internet cualquier objeto sobre el que se pueda medir parámetros físicos o actuar, así como a las aplicaciones y tratamiento de datos inteligentes relativos a ellos” (Cruz, 2015).
De acuerdo con los datos publicados por la empresa norteamericana Cisco, en el año 2003 había 500 millones de dispositivos conectados a Internet, momento en el que la población mundial era de 6.300 millones (es decir 0,08 conexiones por persona), mientras que en el año 2015 el número de dispositivos conectados ya sumaba la cifra de 25.000 millones, siendo la población mundial de 7.200 millones (esto es 3,47 conexiones por persona)
Dúmper de interior eléctrico y con baterías (Epiroc).
La idea central es que es un breve periodo de tiempo todo estará interconectado, por lo que se debe intentar dotar de inteligencia y conectividad a objetos o dispositivos que no lo tenían. Se estima que el ser humano interactúa diariamente con 5.000 objetos, los cuales resultan conectables de una forma sencilla, barata y segura, de manera que el objetivo final será comunicar estos objetos con otros objetos y dispositivos.
Sensores
La evolución tecnológica en el campo de los sensores ha tenido importantes repercusiones en el desarrollo de los servicios digitales durante los últimos años. Los sensores que incluyen los dispositivos son muy diversos y pueden captar casi cualquier variable física del entorno. Por ejemplo, son comunes los sensores que miden variables como temperatura, humedad, presión, aceleración, fuerzas, proximidad, obstáculos, etc., y otras más específicas de un área concreta, como el campo magnético, ultrasonidos o rayos infrarrojos.
En determinados entornos especializados se han desarrollado sensores con capacidad para captar información muy específica. Por ejemplo, en el caso de la salud existen microsensores capaces de detectar el nivel de glucosa o cualquier otro parámetro de forma sencilla, lo que facilita el seguimiento de enfermedades como la diabetes u otras.
En el terreno industrial la maquinaria contiene con más frecuencia un número importante de sensores que permiten captar toda la información relevante para ajustar su funcionamiento en tiempo real o para detectar algún funcionamiento anómalo. Por ejemplo, la detección de puntos calientes con una temperatura superior a la de funcionamiento regular a través de termómetros o rayos infrarrojos.
Como ejemplo de esta tendencia, cabe citar que el número de sensores incorporado en muchos dispositivos cotidianos ha crecido espectacularmente, más de 18 en un teléfono inteligente (Smart Phone), más de 100 en un vehículo de gama alta, etc.
Todas las previsiones ponen de manifiesto el importante impacto económico que están teniendo estas tecnologías, pero también será necesario abordar ciertos desafíos, como la reducción del tamaño de los sensores, la integración de capacidades de comunicación en muchos casos inalámbrica, cierta capacidad informática y una fuente de emergía que permita el suministro de forma independiente.
En este contexto se pueden mencionar, como ejemplos, diferentes sensores que han aparecido recientemente en el mercado. Para aplicaciones diversas y con criterios de miniaturización, se cuenta con varios sensores autónomos, como son el modelo MICA2DCT, de tan solo 25 mm de diámetro; el SmartMesh con una autonomía energética que alcanza los cinco años utilizando solo dos pilas AA y el conseguido por la Universidad de Columbia que consiste en una cámara de video cuya fuente de alimentación proviene de la propia luz, siendo posible captar imágenes de forma perpetua sin que sea necesaria ninguna fuente energética adicional.
En ese camino hacia la miniaturización, destacan las tecnologías denominadas Smart dust o “motas de polvo”, cuyo objetivo es alcanzar un tamaño inferior a 1 milímetro cuadrado y que utilizan la tecnología MEM (micro electro mecánico). Existe ya un prototipo denominado M3 (Michigan Micro Mote), del tamaño de un grano de arroz y que está dotado de un pequeño panel solar de 1 mm2 que permite alimentarse de la luz ambiente y que cuenta con un sistema de comunicación con un alcance de 2 m.
Como se puede deducir fácilmente, un prerrequisito de la automatización de las máquinas y de los proce-
En el terreno industrial la maquinaria contiene con más frecuencia un número importante de sensores que permiten captar toda la información relevante para ajustar su funcionamiento en tiempo real o para detectar algún funcionamiento anómalo. Por ejemplo, la detección de puntos calientes con una temperatura superior a la de funcionamiento regular a través de termómetros o rayos infrarrojos
sos es contar con sistemas sensores fiables. Por este motivo, la industria minera plantea unas demandas extremadamente elevadas. Mientras que los sensores embebidos, que son instalados sobre una máquina o un sistema, dónde los factores de temperatura y de vibraciones son particularmente importantes, los sensores ambientales deben ser también resistentes al polvo, al agua, a la luz, a las tensiones mecánicas, a las variaciones fluctuantes de temperatura, así como los ambientes explosivos, si fuera necesario.
Los sensores embebidos han sido largamente usados como variables de entrada para aplicaciones de control y monitorización en máquinas y sistemas. Estos sensores también cada día se emplean más para el diagnóstico de las máquinas y de componentes de sistemas.
Los sensores ambientales o redes de sensores son utilizados en la industria minera para el estado o las propiedades del medio ambiente en los trabajos mineros.
El sistema sensor ambiental incluye en las minas subterráneas tareas como: determinación de la posición, e. g. posicionamiento, evitar colisiones -> modelo de mina, determinación del material, e. g. identificación de los materiales, detección de las superficies estratificación, calidad de los materiales -> modelo de depósito mineral, determinación de la ventilación, e. g. temperatura, calidad, caudal -> modelo de ventilación, determinación del agua de mina, e .g. nivel del agua, calidad del agua, caudal de agua -> modelo de agua de mina.
En general, en el ámbito de la tecnología de sensores usados en el campo de la minería, se observan las siguientes tendencias:
1. Sensores pequeños, que pueden ser aplicados rápidamente y en muchos lugares (pequeños y embebidos).
2. Sensores inalámbricos, que pueden ser instalados sin grandes esfuerzos o complejidad y sin riesgo de daños a cables.
3. Sensores autosuficientes energéticamente, extremadamente eficientes energéticamente y muy bajos consumos.
En general, hay una carencia de sensores específicamente diseñados y fabricados para minería, dados los ambientes en los que se requiere que funcionen, y también en lo que se refiere a infraestructuras de comunicación.
Jumbo robotizado de tres brazos.
Conectividad
Un aspecto fundamental del Internet de las Cosas es la infraestructura de comunicaciones en la que se apoya, como es la red de banda ancha móvil. Es imprescindible para absorber el crecimiento del número de conexiones preparar esta red. Por este motivo, el estándar 5G considera aspectos relativos a una interfaz radioadaptada para MTC/IoT/M2M. Otras tecnologías como WiFi o Bluetooth están desarrollando versiones adaptadas para permitir el despliegue de Internet de la Cosas como el protocolo 802.11ah de WiFi o la versión Bluetooth 4.0.
En el ámbito industrial, también se dispone cada vez de un mayor número de sensores diseñados y producidos por suministradores tecnológicos. Por ejemplo, la empresa Bosch cuenta con el modelo CISS (Connected Industrial Sensor Solution) que integra en un mismo dispositivo los sensores de: aceleración, humedad, presión, temperatura, de luz, giróscopo, acústico, junto con un sistema de comunicación Bluetooth & WiFi, un microprocesador de 32 bit y una batería recargable de Ión Litio.
Sistemas ciberfísicos
Para que el loT funcione se precisa un intermediario entre el mundo físico y el virtual, que son los denominados sistemas ciberfísicos (CPS o Ciber Physical Sistems).
Estos sistemas interconectados intercambian datos en tiempo real a través de internet, conformando sistemas mayores.
Los sistemas CPS engloban tecnología, software, sensores, procesadores y técnicas de comunicación que permiten la interacción entre los objetos físicos y el mundo computacional por medio de redes.
Para comprender bien este concepto, recurrimos a los dos ejemplos siguientes: un nuevo tipo de neumáticos desarrollado por Michelin, que incorpora sensores combinados con un sistema de lectura y transmisión de la información, que mediante
su procesado permite el ahorro de combustible.
Están provistos de un microchip RFIP y de un sistema de control de presión TPMS (Sistema de Control de la Presión del Neumático, en sus siglas en inglés).
Y, finalmente, el caso de los frigoríficos de nueva generación que detectarán y avisarán cuando va a caducar un producto o cuando se prevé que se agote, para que el mismo se ocupe de la compra para su reposición.
La diferencia entre el I oT y los CPS se puede describir de la manera siguiente: el I oT es una infraestructura que recoge información en el mismo espacio físico, es decir conecta objetos entre sí, como puede ser un reloj inteligente con un teléfono inteligente, pero en el propio ámbito físico. Mientras que los CPS utilizan sensores y conexiones a la nube para ajustar activamente una cosa u objeto físico a un estado actual, creando una sinergia entre entidades del espacio físico y el virtual mediante la integración analógica y hardware computacional.
No obstante, la interacción entre los mundos físicos y ciberfísicos se efectúa mediante dos mecanismos que trabajan en direcciones opuestas. Por un lado, la simulación, que consiste en trasladar los objetos del mundo físico a un mundo virtual por medio de modelos con el fin de experimentar con ellos. Y, por otro lado, la automatización, que consiste en el control de objetos del mundo físico mediante software.
Realidad aumentada
Se define como realidad aumentada a: un conjunto de tecnologías asistidas por ordenador que realzan la percepción de la realidad física al intensificar la experiencia sensorial para suministrar información adicional enriqueciendo así la comprensión de una situación real específica (Bicom Tech, 2016).
En otras palabras, consiste en la superposición de información digital sobre un escenario real, permitiendo proyectar sobre la realidad del entorno o contexto tanto objetos (estáticos o dinámicos) como cualquier otro tipo de información adicional de carácter digital. Para lograr esa visualización se necesita tener aplicaciones y dispositivos como móviles o gafas inteligentes.
Una de las principales aplicaciones de esta tecnología en el ámbito industrial consiste en introducir textos explicativos sobre imágenes de realidad aumentada, constituyendo prácticamente un manual de instrucciones digital e interactivo. En el sector industrial un ejemplo sería ver con detalle un motor de tal forma que los mecánicos podrían ver cómo se montan y desmontan las piezas utilizando para ellos unas gafas especiales.
Dúmperes autónomos y esquema del Sistema de Automatización de la Mina en el proyecto Río Tinto, denominado La Mina del Futuro.
Simulación
La simulación es una tecnología que permite trasladar el mundo real al mundo virtual, creando modelos 3D sobre los cuales se puede experimentar. Cualquier objeto, máquina, línea de montaje, incluso plantas de producción pueden tener su “doble digital”. Un caso muy habitual en minería consiste en la utilización de simuladores de diferentes tipos de máquinas: jumbos de perforación, cargadoras de ruedas, dúmperes, etc., de manera que parte de la formación y adiestramiento del personal la realizan de manera eficaz y más económica sobre un simulador, antes de manejar una máquina real en un espacio físico en el que podrían incluso comprometer la seguridad.
No debe confundirse la realidad aumentada con la simulación. Ya que está última tecnología se usa, como ya se ha indicado, con anterioridad a la ejecución de una actividad de manera que se “práctica o experimenta” en el modelo virtual y se traslada el resultado al modelo físico, mientras que la realidad aumentada permite interactuar en tiempo real, es decir, indica los pasos a seguir según un manual de instrucciones digital al mismo tiempo que se realiza la tarea.
Robótica colaborativa
Con este término se quiere definir la posibilidad de poder hibridar las posibilidades de un robot con la inteligencia y habilidades que tiene una persona. El uso de esta nueva familia
de robots permite ganar en flexibilidad ya que es posible reconfigurarlos y reutilizarlos, para el desarrollo de distintas operaciones en diferentes lugares de una instalación productiva. Incorporarán un nivel de sensorización adicional que les dotará de capacidad perceptiva, de manera que la obtención constante de datos sumada a su inteligencia se traducirá en una toma propia de decisiones y en respuestas de actuación.
Fabricación aditiva
El término, también llamado Impresión 3D, comprende un conjunto de tecnologías cuyo funcionamiento consiste en la adición sucesiva de material a escala micrométrica, depositando con precisión y fabricando capa a capa de tal manera que la superposición de éstas da lugar a sólidos en 3D. Existe una amplia variedad de tecnologías, como los sistemas basados en haz de elctrones y fusión por láser, así como procesos de inyección de aglutinante y boquillas que usan polvos metálicos, fabricación de aditivos de alambre y arco, emplendo alambre de metal y diversas polimerizaciones láser y otras técnicas de fabricación a base de polímeros.
Este nuevo concepto supone un cambio radical en lo que, de manera clásica, se conoce como “fabricación sustractiva” que, como ya se sabe, consiste en, a partir de un sólido capaz de un determinado material, ir retirando pequeñas partes del mismo mediante los procedimientos clásicos de torneado, fresado, taladrado, etc.
Las ventajas de la impresión 3D son las siguientes: permite una mayor libertad de creación de prototipos y diseño, reduce sustancialmente el peso por medio de diseños optimizados y geometrías más complejas, así como que la personalización se integre en la producción serializada. Además, ofrece posibilidades de reparación de piezas existentes y producción descentralizada flexible.
Las familias de aleaciones más comúnmente utilizadas son polvos de aluminio-magnesio, titanio, níquel, acero inoxidable y aleaciones especiales. Estas familias de aleaciones utilizan cantidades específicas de elementos de aleación adicionales que proporcionan diversas propiedades del material. Los elementos de aleación más relevantes son: cobalto, hafnio, niobio, magnesio, escandio, titanio, vanadio, tungsteno y circonio. Se utilizan varias aleaciones de titanio para aplicaciones de alta resistencia y peso ligero.
Big Data
Existen diversas definiciones sobre que es Big Data, pero todas ellas tienen en común lo siguiente: “es la recopilación, gestión y análisis a alta velocidad de grandes, dinámicos y heterogéneos volúmenes de datos
generados por usuarios y máquinas, y debido a su tamaño y complejidad superan las capacidades de procesamiento de las herramientas de software tradicionales, por lo que precisan técnicas innovadoras”.
Hablar de Big Data implica manejar lo que los expertos llaman las 5 V, es decir: debido al mayor número de dispositivos conectados.
• Velocidad: la rapidez en recibir y gestionar los datos es fundamental, pues esa inmediatez es la que puede permitir el procesamiento de esa información y la toma de decisiones.
• Veracidad: es la pureza o confianza que emanan de los datos evitándose la imprevisibilidad.
• Valor: se refiere a la capacidad de saber que datos son los que se deben utilizar en cada momento.
Cloud Computing
Este término se refiere a: “la tecnología que permite el acceso ubicuo,
adaptado y bajo demanda en red a un recurso compartido de recursos de computación, que pueden ser rápidamente aprovisionados y liberados con un esfuerzo de gestión reducido o interacción mínima con el proveedor del servicio”.
En un escenario donde la conectividad y la generación de datos crecen exponencialmente, donde es vital la toma de decisiones instantánea, y donde la comunicación e intercambio de operación en tiempo real entre distintas unidades operativas (independientemente de su emplazamiento geográfico), cada vez
El término, también llamado Impresión 3D, comprende un conjunto de tecnologías cuyo funcionamiento consiste en la adición sucesiva de material a escala micrométrica, depositando con precisión y fabricando capa a capa de tal manera que la superposición de éstas da lugar a sólidos en 3D. Existe una amplia variedad de tecnologías, como los sistemas basados en haz de elctrones y fusión por láser, así como procesos de inyección de aglutinante y boquillas que usan polvos metálicos, fabricación de aditivos de alambre y arco, emplendo alambre de metal y diversas polimerizaciones láser y otras técnicas de fabricación a base de polímeros
• Volumen: cada vez es más masiva la recogida de datos.
• Variedad: cada vez hay más fuentes de las que proceden esas cantidades ingentes de datos,
Asignación dinámica de dúmperes en el interior de una explotación a cielo abierto (Hitachi).
es más necesario el “sistema de la nube”, ya que es una solución que aporta flexibilidad e inmediatez, permitiendo alquilar un espacio en el que almacenar todo tipo de recursos compartidos, evitándose en incurrir en elevadas inversiones.
Ciberseguridad
La Ciberseguridad consiste en “la protección de activos de información, a través del tratamiento de las amenazas que ponen en riesgo la información que es procesada, almacenada y transportada por los sistemas de información que se encuentran interconectados”.
El fin último de la Ciberseguridad recae sobre la protección, pero debería hablarse de esta como un concepto más amplio, ya que no solo se centra en la información o los datos digitales, sino incluso en la protección de las personas, tecnologías y procesos.
En el momento actual, la urgente necesidad por aumentar la seguridad digital se debe al crecimiento que está teniendo la conectividad y digitalización de las industrias, estando más abiertas, más visibles y, por consiguiente, más expuestas o vulnerables a ciertos riesgos.
MINA INTELIGENTE (SMART MINE), MINA CONECTADA (CONECTED MINE), MINA DIGITAL (DIGITAL MINE) O MINA 4.0 (MINE 4.0)
Se entiende por “Mina Inteligente” aquella que maximiza la utilización de los medios tecnológicos informáticos, instrumentos de medida, sistemas de comunicación y de control remoto, al servicio de las actividades contempladas en toda la cadena de valor, desde la localización del yacimiento hasta la clausura de la explotación o, como se dice en ocasiones, desde la mina hasta el barco.
La estandarización y la extensión de la automatización industrial al ámbito de las operaciones mineras supondrá una serie de mejoras en distintos ámbitos, pudiéndose concretar, al menos, en los siguientes: • Mejora en la eficiencia y fiabilidad de la producción mediante el seguimiento de las operaciones a través de la cadena de producción: de la mina al puerto.
• Protección a los trabajadores a través de tecnologías de localización, capacidad de operar de manera remota y de monitorear áreas de trabajo peligrosas.
• Incremento en la productividad mediante el intercambio de información en todos los procesos y aplicaciones empresariales.
• Reducción de riesgos y mejora en el cumplimiento y en la seguridad a través de medidas ambientales, físicas y digitales.
• Reducción de los costes de producción gracias a la visibilidad en tiempo real de los activos que ayudan a identificar de manera anticipada potenciales problemas.
INICIATIVAS DE DIGITALIZACIÓN DE LA MINERÍA
En este capítulo se enumeran y se describen someramente diversas iniciativas, algunas maduras y otras en fase de experimentación, de lo que actualmente se considera viable en materia de digitalización del sector minero.
Se estima que, sin ser exhaustivo el conjunto reseñado, es muy representativo de las actuaciones puestas en marcha.
Escáner digital de los testigos de sondeos
Las muestras de las rocas obtenidas mediante sondeos han supuesto siempre un trabajo de testificación, almacenamiento y conservación muy intenso. La utilización de dispositivos escáner no solo permite agilizar el almacenamiento digital de un gran volumen de datos en formato imagen, sino incluso información adicional que se puede ir generando mediante el análisis de muestras, etc.
Existen en el mercado diversos modelos de analizadores portátiles de fluorescencia de rayos X que de una manera sencilla y muy rápida hacen un barrido de todos los elementos químicos constituyentes del material que se desea analizar.
Análisis en tiempo real durante la perforación de barrenos
La empresa Epiroc ha desarrollado un sistema que puede analizar en tiempo real los minerales contenidos en las formaciones que se perforan, que es denominado OREalyzer.
El control de las leyes de mineral durante la perforación de los barrenos de voladura puede ayudar a conocer mejor la distribución espacial de las calidades de la mineralización y permitir entonces reducir la dilución con los estériles adyacentes o la pérdida de mineral, traduciéndose todo ello en un aumento de la producción y recuperación de mineral en la planta y, en definitiva, en una reducción de costes de tratamiento.
Aeronaves no tripuladas o drones
Durante estos últimos años, el sector de las aeronaves no tripuladas o drones ha experimentado una extraordinaria evolución, con cada vez más aplicaciones en el ámbito civil. Este sector, a pesar de su aparente simplicidad, combina numerosas herramientas propias de la estrategia de la Industria 4.0. La captación de datos mediante diversos tipos de sensores, su transmisión y procesamiento en tiempo real facilitan la adopción de soluciones con decisiones inmediatas.
En el ámbito de la minería a cielo abierto, las principales aplicaciones de los drones son: inspección de instalaciones o áreas de trabajo de difícil acceso, levantamientos topográficos y cubicaciones de acopios de mineral o estériles de escombreras; exploración, etc. En la minería subterránea, también han empezado a utilizarse estos aparatos, con capacidad para volar en espacios subterráneos donde no se dispone de señal GPS y escanear y modelar en 3D dichas excavaciones, para los siguientes fines:
El control de las leyes de mineral durante la perforación de los barrenos de voladura puede ayudar a conocer mejor la distribución espacial de las calidades de la mineralización y permitir entonces reducir la dilución con los estériles adyacentes o la pérdida de mineral, traduciéndose todo ello en un aumento de la producción y recuperación de mineral en la planta y, en definitiva, en una reducción de costes de tratamiento
• Topografía subterránea de túneles, cámaras, etc.
• Inspección y mantenimiento de infraestructuras.
• Generación de modelos 3D y VR de alta definición.
• Evaluación de entornos para seguridad y prevención de riesgos.
Paquetes de software para modelización de yacimientos y diseño de explotaciones
Desde los años 80, con la aparición de los microordenadores, también llamados en la actualidad ordenadores personales, se ha potenciado el desarrollo y uso de aplicaciones informáticas destinadas a modelizar los yacimientos objeto de explotación.
Aunque la gran mayoría del software está pensado para manejar un gran volumen de datos, fruto de las diferentes campañas de sondeos llevadas a cabo, por ejemplo, en los yacimientos metálicos, existen algunos desarrollos adaptados a la realidad de las canteras y/o grave-
Esquema de una mina donde se emplea un sistema de iniciación inalámbrico de las voladuras.
ras, que se traduce en considerar todo un macizo rocosos o depósito de arenas y gravas con unas mismas características litológicas, diferenciando un reducido número de volúmenes.
En el primer caso, la mayoría de las aplicaciones se basan en modelos de bloques, es decir pequeños paralelepípedos a los que se les asigna unos atributos, bien porque han sido atravesados directamente por los sondeos o bien porque se han interpolado en ellos los valores que resultan matemáticamente.
Una vez que se crea el correspondiente modelo geológico, se pasa al llamado modelo económico, estimando el valor del mismo según la ley, los costes estimados y la cotización del metal previsible. Y, seguidamente, al diseño geométrico del hueco final mediante la aplicación de alguno de los algoritmos o técnicas propias de la Investigación Operativa.
Maquinaria operada por control remoto
Perforadoras de superficie gobernadas por control remoto
Hace un par de años se lanzó al mercado una estación de control móvil que se sitúa a menos de 100 m de distancia en horizontal y a 30 m como máximo por encima de los equipos. Las estaciones están dotadas de un sistema de cámara de video que ofrece una visión completa del lugar de perforación. Cuenta, además de la pantalla, con un joystick y una consola de control idéntica a las del equipo.
La comunicación se efectúa a través de una red de comunicación WiFi, por lo que es independiente de la infraestructura de red local y la instalación puede instalarse en un vehículo, un remolque o dentro de un contenedor.
Es particularmente útil cuando los equipos tienen que perforar al pie, por ejemplo, de taludes que manifiestan riesgos de desprendimientos. Además de las evidentes ventajas de seguridad, estas unidades también permiten incrementar la productividad ya que se pueden controlar hasta tres equipos simultáneamente.
Cargadorqas LHD manejadas por control remoto y de accionamiento eléctrico por baterías
Tal como ya se ha indicado, cada día más, se utiliza el control remoto de los equipos mineros en aquellos lugares donde existe más riesgo, como son los tajos de carga del interior de las minas.
Actualmente, casi todos los fabricantes de cargadoras LHD (es decir que ellas mismas realizan la carga, el transporte y el vertido, del inglés Load-Haul-Dump) ofrecen esos dispositivos y, más recientemente, los equipos de accionamiento totalmente eléctrico mediante baterías.
Dúmperes eléctricos de interior
Desde hace pocos años, existe una tendencia a utilizar en el interior de
Desde hace años, en el sector de la maquinaria minera se vienen experimentando una serie de cambios o mejoras que van desde una mayor automatización de diferentes operaciones o movimientos de las máquinas, sin intervención humana, pasando por el control remoto o a distancia, de manera que los operadores ya no se encuentran físicamente montados en la máquina sino a una cierta distancia si se constata que existen riesgos debidos a ciadas de rocas, colapsos, etc., hasta estar la máquina en el interior de la mina y el operador en superficie.
En el nivel superior se encontrarán los equipos autónomos, que actúan como verdaderos robots.
Por otro lado, en minería subterránea existe una tendencia general a que el accionamiento sea eléctrico en lugar de utilizar motores de combustión interna que emiten gases contaminantes a la atmosfera interior de las minas, calientan también el aire interior y exigen un mayor dimensionamiento de las instalaciones de ventilación.
De manera análoga al desarrollo que se ha experimentado con los equipos de perforación, los denominados minadores también han incorporado aquella tecnología que les permite no solo situarse en el frente de trabajo con una elevada precisión, sino que con el ordenador de a bordo poder controlar el perfil excavado, de manera tal que las desviaciones sean mínimas
las minas vehículos con accionamiento eléctrico.
Además de los jumbos clásicos, que se conectaban a la red eléctrica cuando se situaban en su posición de trabajo, recientemente se han empezado a comercializar vehículos totalmente eléctricos accionados por baterías. Esta tendencia parece que es imparable, pues por un lado se genera una atmósfera más saludable para los operadores, se reducen las necesidades de ventilación y consecuentemente las secciones de las galerías no precisan ser tan grandes.
Paralelamente al empleo de vehículos de acarreo alimentados mediante baterías, se han desarrollado diversas unidades híbridas, así como retomado la tecnología trole, cuyo origen se encuentra en los países escandinavos.
Por otro lado, cabe mencionar la aparición en el mercado de equipos de recarga móviles, que suprime la necesidad de postes o estaciones de recarga eléctrica estáticos. El tiempo de recarga de una cargadora LHD puede llegar a ser de unos 30 minutos y si se dispone de dos equipos de recarga se reduciría hasta los 20 minutos.
Equipos de perforación robotizados de interior
El desarrollo de la informática y su aplicación a los equipos mineros ha tenido un buen ejemplo en los denominados jumbos de perforación para el avance de túneles y galerías. Mediante el ordenador de a bordo se logran automatizar numerosas operaciones que realizan los brazos que soportan las deslizaderas con los matillos perforadores. Antiguamente se necesitaba un operario por cada brazo del equipo, mientras que hoy en día con un solo operario se supervisan los tres brazos que están trabajando simultáneamente, ejecutando los barrenos que previamente se han diseñado siguiendo un determinado esquema elaborado con un software ad doc.
De igual manera en los medios de transporte se contó con la aparición del primer avión de los hermanos Wright y del primer automóvil por Henry Ford. Esta última invención ha impulsado la producción en masa y una mayor especialización de los procesos productivos.
Desde hace varias décadas, se ha venido contando con equipos accionados por un motor diésel para efectuar los desplazamientos hasta donde se sitúan los frentes de avance y, a partir de ese momento, pasar a estar alimentados eléctricamente.
De manera análoga al desarrollo que se ha experimentado con los equipos de perforación, los denominados minadores también han incorporado aquella tecnología que les permite no solo situarse en el frente de trabajo con una elevada precisión, sino que con el ordenador de a bordo poder controlar el perfil excavado, de manera tal que las desviaciones sean mínimas.
Perforadoras autónomas
En la mina de hierro Pilbara, del Grupo Río Tinto, están operando en estos momentos de manera autónoma siete grandes perforadoras rotativas, bajo la supervisión a distancia de un operador por cada cuatro máquinas.
Dispositivos para conocer la posición de operadores y equipos dentro de las minas subterráneas (MAXAM).
Dúmperes autónomos
Desde la primera década del siglo XXI, los dos grandes fabricantes mundiales de dúmperes Caterpillar y Komatsu han llevado a cabo numerosas pruebas, en grandes explotaciones australianas, con dúmperes autónomos o sin conductor.
Las ventajas conseguidas hasta el momento actual han sido: - Aumento de la productividad con una disminución de los costes.
- Incremento de la vida de los neumáticos y de los frenos.
- Disminución de los costes de mantenimiento.
- Aumento muy apreciable de la seguridad en las operaciones.
- Disminución de la plantilla de personal.
- Reducción del consumo de combustible y de los gases de efecto invernadero.
En el estudio de una mina australiana, se constató que el mayor ahorro en el coste de producción se debe a la mayor eficiencia de la operación,
85%, mientras que la disminución de personal significaba un 10% y el de los neumáticos un 4,5%.
Los sistemas disponibles actualmente, para la gestión de los dúmperes autónomos son los siguientes:
• AHS de Hitachi.
• Modular Mining de Komatsu.
• MineStar de Caterpillar.
Desde finales de los años 90 hasta la actualidad, el número de dúmperes autónomos supera la cifra de 1.000 unidades.
El grupo minero Río Tinto, con sede social en el Reino Unido, amplió su flota de dúmperes autónomos en el año 2019 alcanzando 130 unidades en la mina de hierro australiana de Pilbara, en la cual se está implantando el concepto de La Mina del Futuro. Cada dúmper lleva incorporado unos 200 sensores.
Finalmente, indicar que algunos fabricantes ya han sacado al mercado diversos vehículos auxiliares, como por ejemplo un modelo de camión cisterna autónomo.
Esto, que puede considerarse como poco relevante, resulta ser todo lo contrario, ya que estas unidades cuentan con un elevado número de sensores que permiten hacer una gestión del riego de las pistas más eficaz, sin encharcar en exceso o sin dejar demasiado secas las superficies de rodadura, es decir consiguiendo el riego óptimo para las condiciones de trabajo reales. Por último, y dentro del transporte con dúmperes cabe citar los dúmperes híbridos y totalmente eléctricos, alimentados mediante un dispositivo de trole. De los primeros modelos de los años 60, que fue cuando se fabricaron los primeros motores de corriente continua, en los años 90 aparecieron los motores de corriente alterna. En el momento actual existen dúmperes diésel-eléctricos con motores de corriente alterna en el eje trasero.
Actualmente, los sistemas IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) han permitido transformar la corriente continua en alterna, con un voltaje y frecuencia variables para accionar los motores del dúmper.
Camiones de fabricación y carga de explosivos
Cada día se tiende más a fabricar las cargas de explosivo in situ, por medio de la mezcla de sustancias que no son intrínsecamente explosivas, y sensibilizarlas instantes antes de su iniciación.
Tanto en los trabajos subterráneos como a cielo abierto se están diseñando verdaderas fábricas móviles de explosivos, lo cual permite trabajar no solo con unos estándares de seguridad elevados sino incluso adecuar las cargas de explosivo en cuanto a las energías que desarrollan las propiedades resistentes de las rocas que previamente se han perforado y mediante sensores han permitido caracterizar los macizos rocosos. Estos últimos sistemas se conocen con el acrónimo en inglés MWD, que puede traducirse como de Medición Durante la Perforación. Todos los datos procedentes de los sensores que registran diferentes parámetros, como son: profundidad, par de rotación, empuje, velocidad de rotación, velocidad de penetración caudal de fluido de barrido, etc., permiten obtener una imagen bastante precisa del tipo de macizo rocoso que se desea fragmentar con los explosivos.
Tanto en los trabajos subterráneos como a cielo abierto se están diseñando verdaderas fábricas móviles de explosivos, lo cual permite trabajar no solo con unos estándares de seguridad elevados sino incluso adecuar las cargas de explosivo en cuanto a las energías que desarrollan las propiedades resistentes de las rocas que previamente se han perforado y mediante sensores han permitido caracterizar los macizos rocosos
Telefonía móvil en el interior de una mina.
Detonadores electrónicos
En el campo de los sistemas de iniciación de los explosivos en el sector civil, ha habido un avance espectacular con la aparición de los denominados detonadores electrónicos. Estos accesorios llevan en el interior de las capsulas un microchip, que permite programar los detonadores para que estos tengan tiempos de salida a intervalos deseados, con una precisión elevadísima, del orden de 1 milisegundo, y facilitando que no se repitan los tiempos de detonación de las cargas dentro de la voladura. Ello redunda en una mejor fragmentación y en una reducción de las intensidades de vibración.
Gestión de flotas de dúmperes (Dispaching)
Esta tecnología se viene utilizando desde los años 80 en las grandes explotaciones mineras, conociéndose como el sistema de despacho o asignación dinámica de los dúmperes.
Se emplean sistemas de geolocalización para asignar a cada volquete un equipo de carga y un punto de vertido.
Las ventajas obtenidas por su utilización son las siguientes: • Incremento de la productividad.
• Aumento de la seguridad con sistemas anticolisión entre vehículos.
• Mejora del mantenimiento o conservación de las pistas.
• Mayor control de leyes del mineral a la entrada a la machacadora.
• Sistema de información que permite tomar decisiones en línea.
Trituradoras en corta y transporte con cintas (TCTC). Trituradoras móviles y semimóviles
Con estas combinaciones de equipos o sistemas de explotación se llega a alcanzar un elevado grado de continuidad en el desplazamiento del mineral hasta la planta de tratamiento o del estéril hasta la escombrera. De esta forma se limita la utilización de los dúmperes al transporte horizontal dentro de cada banco, para lo cual se utilizan desde la década de los años noventa trituradoras semimóviles con salida del material fragmentado por cintas transportadoras. Estas cintas pueden ser convencionales o de alta pendiente.
Con estas combinaciones de equipos o sistemas de explotación se llega a alcanzar un elevado grado de continuidad en el desplazamiento del mineral hasta la planta de tratamiento o del estéril hasta la escombrera. De esta forma se limita la utilización de los dúmperes al transporte horizontal dentro de cada banco, para lo cual se utilizan desde la década de los años noventa trituradoras semimóviles con salida del material fragmentado por cintas transportadoras. Estas cintas pueden ser convencionales o de alta pendiente
Sistemas de iniciación inalámbrico
A diferencia de los sistemas tradicionales mediante cableado, las señales de disparo viajan desde lo que se considera que es el explosor hasta el detonador, con el sistema WebgenTM, de la empresa Orica, se establece comunicación con el detonador estando dentro del barreno mediante ondas de frecuencias ultrabajas, denominadas de inducción magnética.
La secuencia de la voladura se “almacena” en el multiplicador durante la codificación que se realiza al cargar la voladura.
Todas las unidades WebgenTM requieren la señal única correcta para “despertar” y a continuación la señal correcta para disparar.
El denominado Wireless Primer o multiplicador inalámbrico consta de tres componentes: complemento i-KOMTM; DRXTM y PentexTM.
El detonador electrónico i-KOMTM se conecta en este caso a un receptor que comprende una antena multidireccional y una batería que sirve como fuente de energía dentro del barreno. Por otro lado, es necesario un controlador codificador.
Este codificador contribuye a la seguridad inherente del sistema y programa cada multiplicador con dos códigos.
El primer código es un número de identificador de grupo (GD) número, que es exclusivo de cada mina y se asigna a grupos específicos de multiplicadores que se dispararán juntos.
El segundo código es un “Tiempo de retorno” que es específico para el diseño del cebador y voladura “inalámbrica”.
También se cuenta con el controlador del transmisor que proporciona los comandos de activación, y la activación propiamente dicha, para un grupo de DRXTM codificados.
Y, por último, la cartera, que puede ser portátil de cuatro bucles para transmisión de corto alcance o un bucle de 40 m para la transmisión de largo alcance.
Maquinaria conectada
Algunos fabricantes de maquinaria cuentan con sistemas que permiten la comunicación entre los equipos de una misma marca.
Trazabilidad
Para conocer la ubicación exacta dentro de la mina, tanto de la maquinaria como del personal, se han desarrollado unos dispositivos que permiten saber la trazabilidad dentro de las explotaciones (RFID Technology). Ante cualquier incidente, se puede conocer el lugar exacto donde ha tenido lugar, actuando inmediatamente los equipos de emergencia.
En general, se mejora la seguridad, pero también la productividad de las minas. Otra aplicación de esta tecnología es la que permite evitar las colisiones entre vehículos dentro de la mina o el atropello de personal al conocerse la posición relativa de cada uno de ellos.
Complejo minero del futuro (GE).
Existen minas, como la Eléonore Mine del grupo Goldcorp en Canada, donde se combinan sensores inteligentes (Smart sensors) con dispositivos de trazabilidad que garantizan que no haya personal cerca de las voladuras que se van a disparar o se hace una gestión del aire de ventilación haciendo llegar caudales de aire fresco allí donde hay una mayor concentración de personal.
BIBLIOGRAFÍA
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Telefonía móvil de interior
Recientemente, en diversas minas se ha implantado el estándar de comunicación móvil conocido por LTE Advanced, que permiten emplear con calidad teléfonos móviles en ambientes subterráneos.
LA MINA DEL FUTURO
En las minas del futuro se utilizarán todo un conjunto de tecnologías que permitirán alcanzar los objetivos de productividad, seguridad y economía. Algunas de estas tecnologías innovadoras son las siguientes: redes eléctricas inteligentes, ventilación bajo demanda, desagüe automatizado, mantenimiento predictivo, modelización integrada de información geoespacial, gestión del tráfico, etc.
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Existen minas, como la Eléonore Mine del grupo Goldcorp en Canada, donde se combinan sensores inteligentes (Smart sensors) con dispositivos de trazabilidad que garantizan que no haya personal cerca de las voladuras que se van a disparar o se hace una gestión del aire de ventilación haciendo llegar caudales de aire fresco allí donde hay una mayor concentración de personal
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