Optimización de la Carga Útil de Acarreo Haulage Payload Optimization
Ing. Yuri Damián Sáenz More CIP 69242 Minera Yanacocha S.R.L. Resumen La carga útil de una flota de acarreo puede optimizarse mediante la aplicación de controles en tiempo real y de prácticas de seguimiento de la supervisión. Esto se ha conseguido en Minera Yanacocha, operación minera al Norte del Perú con más de 90 camiones de gran tonelaje en operación, sin afectar otros parámetros de rendimiento, ni a la durabilidad del camión. El trabajo que se presenta a continuación sintetiza las acciones que han permitido el aprovechamiento de la capacidad disponible de acarreo y un beneficio tangible de toneladas adicionales a las programadas en los planes.
Abstract The payload of a haulage fleet can be optimized by applying real-time control and supervision follow up practices. This has been achieved in Minera Yanacocha, mining operation in northern Peru with more than 90 heavy trucks in operation, without affecting other parameters of performance or truck availability. The work presented below summarizes the actions taken that have allowed the use of haulage capacity and a tangible benefit of additional tonnes to the scheduled plans.
Introducción El “payload” o carga útil de un camión de acarreo de mina es la capacidad de carga máxima del mismo y se expresa en forma volumétrica o gravimétrica1, según la que se consiga primero durante el proceso de carguío. En el primer caso la capacidad la da el fabricante de la tolva, tanto al ras como colmado, según la norma de referencia SAE J1363(2:1, H:V) 2 o la ISO 6483 3.
Alcanzar la capacidad indicada por las normas de referencia no siempre es alcanzable, y es frecuente estar entre un 5% a un 15% por debajo de lo indicado en el SAE J1363, por la variación de los ángulos de reposo del material en la tolva, en especial el ángulo frontal que suele ser más tendido que hacia los demás lados del cono 5 (figura 6). El uso de la capacidad volumétrica se da en condiciones especiales de la mina, tales como en frentes de baja densidad y se expresa en unidades de volumen en estado suelto, como m 3S. Ángulos frecuentes para distintos materiales a ser depositados en las tolvas de los camiones son los mostrados en la tabla 1. Material
Ángulo con la horizontal H:V de material apilado Relación
Carbón, hulla industrial Tierra Común, Seca Húmedecida Mojada G ra rav a, a, R ed ed on on de de ad ad a a a ng ng ul ul ar ar Con arena y arcilla Arena, Seca Húmeda Mojada
1.4:1 – 1.3:1 2.8:1 – 1.0:1 2.1:1 – 1.0:1
2.1:1 – 1.7:1 1.7:1 – 0.9:1 2.8:1 – 1.4:1 2.8:1 – 1.7:1
1.8:1 – 1.0:1 2.8:1 – 1.0:1
Gr ad ados 35-38 20-45 25-45 25-30 30-50 20-35 20-30 30-45 20-45
Tabla 1: Ángulos de reposo en pilas de distintos materiales6.
La capacidad gravimétrica se expresa frecuentemente en unidades de peso, como toneladas métricas o toneladas cortas y es el caso más frecuente de operación porque representa el máximo peso de operación segura que la estructura del camión (chasis, ejes, etc.) puede manejar y transferir hacia las llantas, que son la restricción final, según su resistencia y la transmisión de cargas hacia el terreno7. Este peso máximo que puede alcanzar el camión cargado es asignado en los manuales como GMOW (peso de la máquina operativa y con carga), debiéndose cumplir la relación: GMOW ≥ ∑ (peso chasis, peso tolva, peso
(1)
suples, peso llantas, peso carga útil, otros).
2 1
Figura 2: Política 10-10-20 8.
Figura 1: SAEJ1363- Capacidad Volumétrica4.
Sin embargo, por razones prácticas, operativas y productivas no siempre es factible conseguir en forma exacta el valor de la capacidad de carga gravimétrica del camión, por lo que es universalmente aceptada la práctica de que es tolerable tener una desviación de +/- 10% de la
carga, la cual se plasma en políticas como la de Komatsu, Liebherr o Caterpillar, denominadas 1010-20, que admite un 10% de cargas bajas menores a 90%, 10% de buenas cargas hasta el 110% de la carga, un máximo de 10% de cargas entre 110% y 120% y 0% de cargas por encima de 120%, asegurando de esta forma productividad, durabilidad del equipo y seguridad en la operación9.
Revisar las oportunidades encontradas. Presentar los controles y prácticas aplicados. Evaluar los beneficios de la optimización de la carga útil. Verificar si hay impacto en la disponibilidad de los camiones o en su durabilidad. Correlación entre parámetros operativos y la carga útil: payload vs velocidad, vs productividad, vs reconciliación topográfica, vs vida de llantas. Presentar la política de carga útil de Minera Yanacocha y el Manual de acciones a tomar Mostrar los siguientes pasos que se están realizando en este proyecto: payload vs d80, vs costos unitarios.
En Minera Yanacocha SRL, el acarreo se realiza desde el fondo de los 3 tajos en operación: La Quinua, Chaquicocha y Yanacocha hacia la planta chancadora-molino, pads de lixiviación y a los depósitos de desmonte, según su contenido valioso en oro y plata. El transporte se realiza por medio de camiones de alto tonelaje CAT 777D, 785C, 793B, 793C y 793D. Conforme los tajos se han ido profundizando, las distancias de acarreo se han incrementado (6 - 7.5 km) y las distancias equivalentes de acarreo horizontal también (EFH>12.5 km), por lo que la necesidad de unidades de acarreo es cada vez mayor, siendo imperativo el cuidado de los camiones para asegurar su disponibilidad y el mejorar su productividad a través de la minimización de las cargas bajas pero sin exceder los límites especificados para las sobrecargas.
Colección de información Antes de la implementación del proyecto se tenía: Se asumía que era una práctica normal tener cargas bajas con un porcentaje debajo de 90% de la carga útil cercano a 20%. Baja reconciliación entre el tonelaje reportado por el área de topografía y los informes del sistema de optimización y control de la flota. Carga útil promedio con alta dispersión.
Objetivos
Alto número núm ero de eventos VIMS del camión cam ión con co n poco control.
Revisar los principales parámetros que afectan la carga útil en MYSRL.
Gente
Rendición de cuentas
Equipo
Auditorías
Cuadrado del camión
Calibración de balanzas
Gestión
Tipo y estado de tolvas Política de payload
Técnicas de llenado
Llantas Refuerzos
Sistema de monitoreo de signos vitales VIMS
Coordinación pala tractor de limpieza Entrenamiento
Estado de suspensiones
Suples Motivación
Cumplimiento de Procedimentos Comunicación radial y wire-less
Controles despachador
Material Cohesivo pegajoso
Nivelación de pisos Control de pisos
Balanzas de pesaje externas
Software de soporte
Sistema de gestión de flota
Payload
Lastre disponible
Match entre carga úitl y capacidad de cuchara
Densidad del material de acarreo
Área
Altura de banco Factor de llenado del cucharón Fragmentación
Figura 3: Factores de mayor impacto en la carga útil (elaboración propia).
El estado de las balanzas y al pesaje eran referenciales. Se tuvo hasta 30% de la flota con balanzas malogradas. Había presencia de camiones sobrecargados generando daños al equipo y desperdiciando recursos por la obligatoriedad de descargar en el lugar del evento.
-8%
-6%
-4%
-2%
266 0% 264
Las acciones tomadas en orden cronológico fueron las siguientes: Reducción del peso de las tolvas existentes, mediante el retiro de refuerzos excesivos que incrementaban el peso y generaban condiciones para que se pegue material (“carryback”), ganándose hasta 5.6 tm por viaje.
Acarreo ktm/gdia 2%
4%
6%
8%
262 260 258 256 254 252 250 248 246 Mechanical Availability
Usage
Queue
Figura 4: Análisis de sensibilidad de variables de acarreo en la producción total (reporte interno MYSRL)10.
Desarrollo del plan de mejora Basados en un estudio de sensibilidad (figura 4) para definir las principales variables del acarreo que inciden en los resultados de la guardia, se observó que un adecuado control de la carga útil es la tercera variable más incidente y trabajar en optimizarlo dará claros beneficios. Por otros trabajos y mediciones preliminares era sabido que al incrementar la carga de los camiones el costo de unitario de acarreo decrece, puesto que hay costos directos que no varían como el del operador y otros que varían levemente como el producido por el incremento del consumo de combustible. Sin embargo estos beneficios no son comparables con el daño prematuro del equipo y la correspondiente necesidad de nuevo capital11.
Load Speed
Load EFH
Payload
Decisión directiva de que en base a controles tecnológicos se debía reducir las cargas por encima al 110% de la carga útil así como se debía reducir las cargas bajas del valor en que estaban (superior a 10%) a un máximo de 5%, según una nueva “Política Yanacocha” ( Figura 5). Para esto se formó un equipo de evaluación y trabajo con Mantenimiento Mina y se hizo coordinaciones con el proveedor de los camiones para asegurarle que el control de sobrecargas iba a ser riguroso. Esta etapa no se hubiera alcanzado sin la implementación de controles en campo y en la gestión de la flota, que serán presentados más adelante. Uso de tolvas livianas en: o
17 Camiones 785C, logrando una mejora en promedio de 8 toneladas adicionales por viaje.
POLÍTICA DEL PAYLOAD < 90%
0% Cargas
90% - 95%
5% Cargas
95% -110%
85% Cargas
110% - 120%
Leyenda + +
+
= Cargas al 95% = Cargas Cargas entre el 95% - 110% = Cargas Cargas entre el 110% - 120%
<10% Cargas
> 120%
0% Cargas
100% 85%
50% 5%
90% 95%
<10%
110%
120%
Figura 5: Nueva política de carga útil Yanacocha, comparada con el 10-10-20 (punteada)(elaboración propia)
remoto a las pantallas de los operadores para confirmar la información.
8 Camiones 793D, logrando en promedio llevar 2 toneladas adicionales por viaje.
Controles en las pantallas de asignación y despacho de los operadores: en tiempo real el operador de carguío y el de acarreo saben el total de material que va cargando y cuánto le falta para iniciar la marcha. Al llegar al 105% de la carga el sistema lo despacha en forma automática. La carga que al final queda registrada en la base de datos es aquella en la que el camión ingresa a la segunda marcha. De esta forma el operador controla las cargas bajas y el control de las sobrecargas lo hace el operador de carguío con un indicador que le alerta cuando va a exceder el 10% de cargas sobre el 110% de capacidad.
o
Controles complementarios Sistema de automatización del estado de balanzas, mediante el cual se envía a pesaje y calibración al camión que tenga reiterativas cargas bajas, donde se confirma el estado de la misma. Actualmente cada camión tiene un peso objetivo distinto, en función al pesaje. Control de la Supervisión: Para realizar efectivamente la supervisión en campo, se tienen dashboards en tiempo real, en los cuales cada 5 seg. se actualizan indicadores principales como: la producción proyectada / real, productividad, payload, disponibilidad mecánica, usage, hang, queue, etc. Así como también la producción por locación (tajos) productividad por equipo tanto de carguío (palas, excavadoras y cargadores frontales) como de acarreo (Flota Caterpillar), las cuales son presentadas mediante gráfica de barras para un análisis más sencillo y rápido. Estos son accesibles para las computadoras portátiles de los supervisores en cualquier punto de mina, a través de la red wireless. Controles desde la central de administración de la flota: en pantalla principal de despacho, se identifican los camiones que han salido con cargas bajas y se retroalimenta a los operadores o se retorna al camión a que complete la carga. Igualmente se tiene acceso
MineStar Health y Control de eventos VIMS12 MineStar es un sistema tecnológico de monitoreo en tiempo real de signos vitales y producción de equipos mineros que cuentan con el sistema VIMS instalado, cuyo objetivo principal es el de mejorar las condiciones mecánicas de las máquinas y por tanto mejorar su disponibilidad y confiabilidad. Las funcionalidades que presenta este sistema son: o Descarga de la información vital del VIMS de la máquina en forma alámbrica y/o inalámbrica. o Anexación automática de la información en la base de datos. o Visualización de eventos de salud del equipo en tiempo real. o Visualización de eventos de mantenimiento en tiempo real. de eventos de producción en o Visualización tiempo real. de parámetros del sistema en o Visualización tiempo real.
o o
Envío automático de reportes vía email. Generación de reportes vía Web.
Impacto negativo en la vida de llantas de hasta 8%, las cuales, según recomendación del proveedor tuvieron que sobreinflarse para asegurar su capacidad portante. Actualmente esta reducción se está remontando con controles adicionales (TPMS, MEMS, JigsawTKPH) y la brecha a abril 2011 es sólo 1.1%.
Mejoramiento de las vías de acarreo o haul roads: la labor se enfoca en las zonas donde se haya detectado mayor cantidad de eventos VIMS, incrementando la eficiencia- y cuidado de los equipos y evitando sobrecargas marcadas tardíamente por pisos irregulares en la zona de carga. A su vez mediante soporte topográfico se presenta indicadores semanales de pendientes longitudinales de las rutas de acarreo, con énfasis el en los tramos mayores a 10% de pendiente. Inclusión de políticas de carga útil en los Procedimientos Estándares de Tareas: Con la la implementación de las mejoras descritas anteriormente, no es suficiente para garantizar el éxito de nuestro proyecto; por tal motivo nuestro recurso humano (supervisión y operadores de camión y palas) fue entrenado exhaustivamente en un nuevo procedimiento estándar de tarea que asegurase el correcto llenado y el traslado de la carga, sin generar pérdidas en el camino, ni de eventos VIMS relacionados con esta actividad de acarreo. El cumplimiento estricto de estos procedimientos es responsabilidad básica de la supervisión a cargo, para asegurar optimizar resultados en seguridad, eficiencia y clima laboral.
No se ha apreciado impactos significativos en las velocidades promedio de la flota, ni en la productividad de los equipos de carguío. Se mejoró el control de los eventos VIMS de los camiones, los que se redujeron drásticamente, demostrándose que efectivamente se estaban cuidando los equipos. La reducción conseguida entre enero 2009 y diciembre 2010 fue de 20% en la cantidad total de eventos. Actualmente el control se está enfocando en eventos de Pitch, Rack y Bias (figura 7).
Conclusiones: Sin afectar la durabilidad ni disponibilidad de camiones, se puede reducir la variabilidad de las cargas en los camiones mediante controles en campo y sistema de gestión de flota (sistema de despacho). Uno de los parámetros que genera mayor variabilidad en conseguir la carga útil objetivo es la variación de la densidad.
Inclusión de variabilidad de las cargas en sistema de gestión de gerencia de mina. Revisión de resultados y rendición de cuentas por los mismos.
La técnica del operador de carguío para el llenado de la tolva tiene incidencia en la carga útil.
Presentación y discusión de resultados:
Estudios adicionales en desarrollo:
Las toneladas adicionales ganadas por este proyecto aseguraron el cumplimiento de las metas de producción de toneladas totales movidas el 2009 y 2010. Las toneladas adicionales conseguidas gracias a este proyecto fueron desde el 2008 a la fecha: 12 millones de tm.
o
o
Reducción de la variabilidad de la carga útil, consiguiéndose promedios de carga de 102%, sin exceder los límites máximos de diseño de los camiones. Mejoró la reconciliación de tonelajes entre el levantamiento topográfico y el real reportado de 8.5% a 3%, mejorándose la confiabilidad en la información del sistema. Eliminación de las cargas por sobre el 120%, controlando las cargas entre 110% y 120% (menor al 10%) y reducción de las cargas entre 90% y 95% en menos del 5% de las cargas.
Relación entre carga útil, densidad suelta y fragmentación (d80): búsqueda de granulometría óptima que incremente la carga en el camión sin impactar otros parámetros importantes. Si bien inicialmente no se ha apreciado incremento notorio en la tasa de consumo de combustible, queda pendiente evaluar este impacto.
Referencias 1
Peurifoy, Robert L., and Schexnayder, Cliff J. A.Shapira (2006). Construction Planning, Equipment & Methods. 7th Edition, McGraw-Hill, Inc., June 2001. 2 ―Capacity Rating—Dumper Rating— Dumper Body and Trailer Body —SAE J1363 Nov. 95,‖ 1999 1999 SAE HandbookVolume 3 On-Highway Vehicles and Off-Highway Machinery, Society of Automotive Engineers,Inc.
3
―Earth-Moving ―Earth-Moving Machinery-Dumper BodiesVolumetric Rating,‖ International International Standard ISO 6483 ; 1980, p. 1-5. 4 Adapting the Off-Highway Truck Body Volumetric Process to Real World Conditions. LeRoy G. Hagenbuch. Fig. 14. Philippi-Hagenbuch, Inc. 5 Graham Lumley. Gbi. Selecting the ―right‖ trucks for a mine p 5-7. Best Practices in Mine Haulage Conference. 27-28 November, 2008, Brisbane Australia. 6 Ibídem, p – p – 4. 4. 7 Effect of truck payload weight on production. Cliff Schexnayder ,Sandra L. Weber, Brentwood T. Brook. Source :Journal of Construction Engineering & Management / January/February ‗1999. 8 Ibídem. 9 En todos los catálogos de camiones Caterpillar, Komatsu y Liebherr se encuentra referencias a la política 10-10-20. 10 Pando Quevedo, Wilder. Análisis de Sensibilidad de Variables de Acarreo. Yanacocha 2009. 11 Idem referencia 1. p- 141. 12 En http://www.cat.com/minestar-health. En http://www.cat.com/minestar-health.
Anexos:
Figura 6: Variación de los ángulos dentro de la tolva. El ángulo frontal es mayor que el posterior. (foto propia en Minera Yanacocha, con el antecedente de la referencia 5).
Figura 7: Reducción de los eventos operacionales registrados en el VIMS-MSH.
