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Empleo de simulaciones FEA y DEM en la industria minera.

 


Queriendo adaptarse a los tiempos económicos actuales mediante el aumento de la producción, son muchas las empresas que continuamente invierten en investigación y desarrollo, así como en mejoras para sus plantas industriales existentes. Uno de los objetivos principales que siempre destacan son reducir los tiempos de paradas de mantenimiento en los equipos de proceso.

En este artículo pondremos en evidencia cómo la implementación de tecnologías de simulación computacional, en específico análisis de partículas con Métodos de Elementos Discretos (DEM) acopladas con análisis estructurales por elementos finitos (FEA), le permitieron a la empresa minera Vale, de Brasil, reducir el lapso de parada para un equipo crítico en casi un 70% del período de tiempo original y con ello obtener ahorros de alrededor de 7 millones R$ en solo 3 meses, aplicando el software Rocky DEM en conjunto con Ansys Mechanical.

El equipo de ingeniería de Vale Carajás, Brasil, la mina de mineral de hierro más grande del mundo, descubrió una solución para aumentar el rendimiento. Descubrieron que, para dos de sus plantas de beneficio, si separaban las piezas más grandes de mineral en la primera planta antes de transferir el mineral a la segunda planta, podían reducir el tiempo de parada por mantenimiento de la última planta y aumentar así la productividad. Sin embargo, para realizar el cambio, necesitaban una pantalla de rodillos giratorios que pudiera separar eficientemente las partículas de mineral de hierro en función de su tamaño.

Pantalla de rodillos y estructura:

Se decidió utilizar un tipo de pantalla de rodillos giratorios desarrollada originalmente para trabajar con carbón. Sin embargo, los ingenieros de Mantenimiento y Automatización validaron que, aunque se trataba de un servicio distinto, de igual forma podría cumplir con las nuevas condiciones de operación para las cuales se requería en servicio.

Pantalla de rodillos antes (izq.) y después (der.) de los cambios con uso de Rocky DEM

Como puede verse en las imágenes, antes de la modificación del sistema (izq.) había una gran acumulación de material granular en caja de alimentación; lo que forzaba paradas indeseadas de la unidad para retirar el material atrapado, sumado a que no había un completo aprovechamiento de la pantalla de filtración al sólo usar una pequeña fracción de la parte inicial del filtro de rodillos. De igual forma, el material que no lograba entrar a la pantalla, y que por ende no pasaba a las siguientes etapas de separación, debía ser redirigido a la misma correa transportadora de alimentación en un circuito cerrado de retorno, generando que la eficiencia de separación fuese deficiente y menor a la deseada. 

Las simulaciones que realizadas con Rocky DEM y ANSYS permitieron definir los parámetros para una operación eficiente de la pantalla de manera tal que pudiera cumplir los requisitos de diseño. Los resultados de la simulación estuvieron muy cerca de los resultados experimentales, obteniendo un margen de error de menos del 5%.

Para probar la solución de pantalla de rodillos y asegurarse de que la estructura pudiera soportar el peso adicional del equipo, los ingenieros y diseñadores realizaron diferentes simulaciones utilizando las herramientas de análisis Rocky DEM y ANSYS Mechanical, transfiriendo a un modelo estructural los campos de presión producidos por el material granular hacia la estructura, pantalla y tolvas.


Retornos de inversión:

Desde la concepción original del proyecto hasta la implementación final de su solución de pantallas de rodillos giratorios, Vale necesitó solo tres meses, la cuarta parte del tiempo que habría tomado sin el uso de herramientas de simulación según reportan.

Para implementar su solución, el equipo de ingeniería invirtió cerca de R$ 10 millones (Real – moneda brasileña) en las modificaciones de la pantalla. Al día de hoy, la pantalla está en pleno funcionamiento. Al filtrar con éxito las partículas más grandes de la primera planta, se redujo el tiempo de parada de mantenimiento en la segunda planta. Las proyecciones previeron que, después de doce meses de operación, los nuevos equipos reducirían los costos de mantenimiento en casi R$ 7 millones. De modo tal que obtuvieron sus retornos a finales del mismo año en la que se ejecutó tal adecuación.

La crisis del sector minero ha llevado a las empresas a buscar formas de hacerlas más competitivas mejorando sus plantas, aumentando la productividad y reduciendo costos. En este caso, Vale Carajás utilizó las herramientas de simulación Rocky DEM y ANSYS Mechanical para mejorar el rendimiento de sus plantas. “En el sector minero, los equipos permanecen sin cambios durante años y la innovación es muy limitada”, explica un ingeniero senior de mantenimiento y automatización de Vale. “El uso de estas herramientas de simulación nos ha ayudado a hacer innovaciones en un corto período de tiempo; una habilidad que se ha vuelto indispensable para nuestro éxito continuo en este negocio”.




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