Resumen Memoria - Ventilación Bajo Demanda

S.I. Ingeniería Ventilación

Resumen Estudio de Factibilidad de la Implementación de un sistema de Ventilación Bajo Demanda en Mina Mantos de Cobre Compañía Minera Pucobre

Tutores: Tutores:

Denny’s Claros

Rodrigo Muñoz Nombre: Nombre:

Daniel Sepúlveda Fuentes

Universidad: Universidad:

Universidad de Santiago de Chile

Fecha: Fecha:

29 de agosto de 2017


Resumen ejecutivo El siguiente informe abarca las condiciones actuales de operación en lo que respecta a Ventilación Principal en Compañía Minera Pucobre y entrega una solución a la gestión eficiente del recurso energético asociado a la misma, en particular centrado en Mina Mantos de Cobre (desde ahora en adelante, “la mina”), a partir del presente, se proponen lineamientos de gestión que permiten

ahorros anuales del orden de 150,000 USD anuales, los cuales de ser replicados al total t otal de la faena, tienen un potencial de ahorro del orden de 900,000 USD anuales. Las condiciones con las que actualmente operan las 3 minas de Pucobre, permiten una variación en la velocidad de giro de los ventiladores principales, secundarios y auxiliares, lo cual puede llevar a ahorros significativos en el tiempo. La infraestructura que presenta la mina, correspondiente a: Fibra óptica, Sistemas de reporte, Sensores, TAG, SCADA1, y por, sobre todo, el Software de Simulación de Ventilación, VentSim y los Variadores de Frecuencia instalados, hace que la implementación de un sistema de Ventilación Bajo Demanda no requiera de mayores inversiones, sino que sólo de una conjunción de la información con la que ya se cuenta. El siguiente informe corresponde a un resumen de los resultados obtenidos, con enfoque en el análisis económico y no busca abarcar de forma exhaustiva todos los temas tratados en la memoria.

Introducción El tema principal de la investigación consiste en el estudio de la eficiencia energética asociada a la Ventilación Principal en mina Mantos de Cobre, con el objeto de estudiar la implementación de un sistema de Ventilación Bajo Demanda en la misma. La temática es atingente a la condición actual de operación de la compañía, considerando que el costo energético interior mina, correspondiente a Ventilación, es del orden de un 60% del total eléctrico consumido, además de que se tiene en proyecto un aumento de un 27% de la potencia instalada en Ventilación Principal para el año 2018 . El escenario actual de ventilación es favorable para la implementación de este sistema, debido a que el sistema está dimensionado con tal de poder suplir las demandas máximas de caudal que se tienen al interior de la mina (ver Apéndice 1), sumado a que existe una holgura de ventilación en la mayor parte del turno lo cual ofrece un margen de regulación de la misma. En el contexto del proyecto de ventilación para los años 2017 y 2018, se contemplan campañas de tapados, portones y lamas, que van en pos de una mejor regulación del flujo y por ende de un uso más eficiente del recurso aire.

1

Supervisory Control And Data Acquisition (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) es un co ncepto que se emplea para realizar un software para ordenadores que permite controlar y supervisar procesos industriales a distancia.

2


Alcances El presente informe corresponde a un resumen del tema de memoria trabajado durante el primer semestre de 2017 y tiene como eje principal la cuantificación de los ahorros que se pueden generar a partir de la variación del flujo de los ventiladores principales en función de la demanda de caudal. No se considera la inclusión de la información respecto a la operatividad del sistema, tal como: capacidad de respuesta del sistema, configuración de sensores en Software de Ventilación, regulación de aspas de ventiladores principales, conexión de sistema TAG a sistema de control de ventilación, conexión de variadores de frecuencia a SCADA y variación de frecuencia en ventilación auxiliar. Los temas anteriormente señalados serán expuestos con mayor profundidad en el informe final de tesis a entregar durante el 2do semestre 2017.

Revisión bibliográfica (Tran-Valade, y otros, 2013) proponen la siguiente definición para el concepto de Ventilación Bajo Demanda: “Ventilación Bajo Demanda (VOD) es la capacidad de direccionar aire en una mina subterránea hacia el área que la requiere en cantidad necesaria para las actividades locales y condiciones ambientales al mismo tiempo”. En términos simplificados, es la capacidad de entregar el volumen de aire suficiente sólo donde y cuando sea necesitado. (Acuña, y otros, 2016) a partir del trabajo de (Tran-Valade, y otros, 2013), proponen la siguiente tabla resumen de los niveles de implementación de VOD, a partir de diferentes variables.2

Tabla 1: Niveles de implementación de VOD Fuente: Traducido de, Acuña, y otros, 2016.

2

SS: Partidor suave. VDF: variador de Frecuencia. TLV: Valor límite umbral

3

S.I. Ingeniería Ventilación A partir de la información que entrega la Tabla 1 y con la infraestructura con la que actualmente cuenta la mina, se tiene la posibilidad de llegar a un nivel 4 de implementación, el cual produce un ajuste automático del sistema de ventilación, a partir de los TAG de personas y equipos, a lo cual se le agrega el accionamiento de los mismos para la dilución de los gases producidos por tronadura.

Metodología El estudio se centró en 3 áreas principalmente, las cuales son: 1. Determinación de Demanda / Oferta de Caudal 2. Distribución del Caudal 3. Instrumentación necesaria La metodología del trabajo, consistió en un levantamiento de la información necesaria para la realización del estudio, obteniéndose los siguientes resultados:

1. Sistema de Ventilación Principal

▪

2 ventiladores (Howden y Alphair) de 300 HP c/u, uno con accionamiento con Partidor Suave y otro con Variador de Frecuencia.

2. Instrumentación

▪ ▪ ▪

Sensor Accutron en frontón de Ventilación, en desuso por falta de mantención 9 sensores TROLEX en instalación. Flujómetros y Medidores de gases. Sistema de medición de parámetros eléctricos en Sub Estación Eléctrica

3. Información de Equipos

▪ ▪

Sistema TAG en instalación, actualmente en camiones y otros equipos puntuales Sistema de reports (ver Apéndice 2) con “Diezminutal”, que entrega información del estado de los equipos cada diez minutos, finalizado el turno.

Con la información anterior, se hizo un análisis retrospectivo de los equipos Diesel, compuestos por: Camiones Volvo y MT, Cargadores Frontales, LHD, Acuñador, Manitou, Cargador de Explosivos y Simbas DTH (por el uso de su respectivo compresor Diesel), además, con la información histórica de SCADA se revisó el comportamiento de los ventiladores, lo mismo para el análisis de las tronaduras por turno, estos análisis fueron hechos para el primer semestre de 2017.

4


Desarrollo y Análisis 1. Justificación del Proyecto

▪

En la actualidad no existe protocolo detrás del encendido/apagado de los ventiladores, principales y auxiliares. –

▪

▪

Existe un sobreconsumo asociado a la ventilación, el cual tiene un gran impacto, considerando que corresponde a un 40% del consumo total de electricidad interior mina.

Existen variadores de frecuencia instalados en ventiladores principales y auxiliares que no son utilizados como tal. Hay una infraestructura acorde para la implementación del sistema: –

SCADA

–

TAG

–

Proyecto de sistema de control mina y GEFES

–

Software de Modelación de Simulación

2. Distribución de Caudal La distribución de caudal en Mina Mantos de Cobre está dada por la siguiente configuración: • •

2 ingresos: Rampa y Chimenea de Inyección 1 egreso: Chimenea de Extracción, conectada al frontón de ventilación

En términos generales, la mayor cantidad de aire entra a la mina por la rampa (aproximadamente 70%), circulando hasta los niveles inferiores (Manto Este), impulsado por los ventiladores del frontón de ventilación. Para efectos del proyecto, la utilización de los VDF en los ventiladores principales, varía el caudal que baja por la chimenea de inyección y por la rampa principalmente, por lo cual el caudal a modificar será el mismo que diluirá los gases provocados por los equipos mayores de la flota (camiones), ya que en su mayor tiempo de operación se encuentran transitando por rampa (ver Ilustración 1).

5


Ilustración 1: Longitudinal servicios MMC. Fuente: S.I. Ingeniería

3. Infraestructura de Ventilación Ventilación Principal

Actualmente se cuenta con una potencia instalada de ventilación principal de 3000 Hp, la cual se ampliará a 3800 HP para el año 2018 con la instalación de 4 ventiladores de 200 HP en Trinidad, MPC.

Gráfico 1: Distribución de Potencias de Ventilación Principal Instaladas a Julio 2017 Fuente: S.I. E.T.A.

6

S.I. Ingeniería Ventilación Para las condiciones de operación que se tendrán, la Mina Mantos de Cobre corresponderá a un 16% de la potencia de ventilación principal total instalada en las 3 minas, más su impacto es mayor si se tiene en cuenta las condiciones de operación de los ventiladores en las 3 minas. La holgura en el sistema de ventilación provoca que actualmente se trabaje sólo con un ventilador principal en las minas Granate y Punta del Cobre, teniendo el otro ventilador en stand-by en caso de falla o mantención del otro ventilador.

Gráfico 2: Distribución de Potencias de Ventilación Principal en funcionamiento a Julio 2017 Fuente: S.I. E.T.A.

Teniendo en cuenta las condiciones de operación (incluyendo el proyecto trinidad), MMC corresponderá a un 27% de la potencia de ventilación principal instalada en 3 minas. Ventilación Principal, Secundaria y Auxiliar

Gráfico 3: Potencia de Ventilación Total Instalada a Julio 2017 Fuente: S.I. E.T.A.

7


Gráfico 4: Potencia de Ventilación Total en Funcionamiento a Julio 2017 Fuente: S.I. E.T.A.

Los gráficos 3 y 4 agregan al análisis, la potencia de ventilación auxiliar instalada, la cual corresponde a un 40% de la potencia de ventilación total instalada, teniendo gran impacto en el consumo energético interior mina. Considerando los ventiladores en funcionamiento, MMC corresponde a un 16% de la potencia total de ventilación instalada y en funcionamiento.

4. Comportamiento Histórico de los Ventiladores Principales

Comportamiento Ventiladores Principales MMC 80 ] 60 C ° [ T d 40 o R ° T 20

Ventilador 1 Ventilador 2

0

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Junio

Gráfico 5: Comportamiento Ventiladores Principales MMC. 1er semestre 2017. Fuente: SCADA

8


Operación promedio durante 1 día 58 ] 56 C ° [ T 54 d o 52 R ° 50 T

48 0:00:00

Ventilador 1 MMC 4:48:00

9:36:00

14:24:00

19:12:00

0:00:00

Horas Gráfico 6: Operación Promedio Ventilador durante un día Fuente: SCADA

La inexistencia de registros sobre el flujo de ambos ventiladores, debido a la no mantención del sensor instalado en el frontón, sumado a una falta de configuración del sistema SCADA, obligó a basar el comportamiento en la temperatura del rodamiento trasero del ventilador (podría haber sido cualquier otra variable medida). A partir del Gráfico 5 se desprende que, ambos Ventiladores Principales, permanecen prendidos la mayor parte del tiempo, con un total de 20 detenciones durante el semestre, las cuales puede haberse debido a pruebas y/o mantenciones. El Gráfico 6 muestra que el comportamiento constante de temperatura en los motores de los mismos, reafirma la información de que no se varía la frecuencia de operación de los mismos, pese a contar con un Variador de Frecuencia Instalado y otro por Instalar (agosto 2017).

5. Demanda de Caudal Para la determinación de Caudal necesario, se trabajó en base a lo que exige la legislación chilena3, obteniendo los siguientes requerimientos por equipo:

Equipo

r o d a ñ u c A

s o r i T e d r o d a g r a C

4 l a t n o r F r o d a g r a C

5

D H L

u o t i n a M

r o d a g r a C i n i M

a r o d a l e v i n o t o M

O V L O V n ó i m a C

5 6 T M n ó i m a C

0 6 T M n ó i m a C

S A Q

Requerimiento 6,09 14,98 31,77 32,98 7,51 8,39 16,99 41,97 47,99 48,02 35,37 [KCFM] Tabla 2: Requerimientos de Caudal por Equipo Diesel

3

(MINISTERIO DE MINERÍA, 2004): DS 132: El caudal de aire necesario por máquina debe ser el especificado por el fabricante. Si no existiese tal especificación, el aire mínimo será de dos coma ochenta y tres metros cúbicos por minuto (2,83 m 3/min.), por caballo de fuerza efectivo al freno, para máquinas en buenas condiciones de mantención. 4 Trabajo con valores promedio debido a la existencia de más de un modelo 5 Trabajo con valores promedio debido a la existencia de más de un modelo

9

S.I. Ingeniería Ventilación Es importante señalar que el requerimiento de Caudal de los Camiones MT, es un 14% superior al de los equipos Volvo, mientras que su capacidad de carga es un 7 5% superior, esto debido a que el fabricante indica el caudal necesario para su operación, ya que es un equipo diseñado para Minería Subterránea. Existe una condición respecto al requerimiento de caudal por HP exigido en la legislación chilena, se exigen 2,83 m3/min por caballo de fuerza efectivo al freno, mientras que la modernización de los motores de los equipos Diesel, ha conllevado a que los requerimientos en otras legislaciones vayan del orden de 2,23 m 3/min.

Cálculo de Equipos Para la determinación del número de equipos, se trabajó con los Reports (ver Apéndice 1) llenados por los operadores durante el primer semestre de 2017. Primero se realizó un filtrado de los equipos para mina MMC y un filtrado del “Control de Tiempos”, dejando sólo las operaciones que realizan

los equipos interior mina. A partir de esta información y con el uso de VBA6 se hizo la determinación de los equipos que operan en la mina. El análisis de los camiones se hizo para los meses de mayo y junio debido a que en esos meses ya se tenía una operación continua de los nuevos camiones MT.

Caudal requerido por aproximado de Equipos Diesel 400

e t 350 n e m 300 a d 250 a m i 200 x o r ] 150 p m a f c 100 o k [ d i 50 r e u 0 q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 e 0 R : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : l 8 8 9 0 0 1 2 2 3 4 4 5 6 6 7 8 8 9 a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 d u Horas turno a C

7 6 5 4 3 2

Holgura de Ventilación [20%]

s o p i u q e e d ° N

Simba (Compresor) LHD Cargador Explosivos Manitou Acuñador Camiones VOLVO

1

Camión MT

0

Cargador Frontal N° de Camiones VOLVO N° de Camiones MT N° de Cargadores Frontales

Gráfico 7: Caudal promedio requerido por Equipos Diesel Fuente: Report Manager

6

Visual Basic for Applications

10

S.I. Ingeniería Ventilación El Gráfico 7 muestra el comportamiento promedio de los equipos con emisiones Diesel, durante el primer semestre de 2017, el gráfico deja en evidencia que el mayor aporte de caudal viene dado por lo equipos de la flota, los cuales consecuentemente tienen la mayor potencia, los flota se compone por: Cargadores Frontales, Camiones MT y Camiones Volvo. Gráficamente se aprecia la disminución del flujo requerido de equipos en las horas de colación y en los cambios de turno, llegando a 0 en estos últimos. En el eje vertical secundario se muestra el número de equipos de la flota, donde se aprecia que, en los momentos de mayor producción, en promedio operan 3 Camiones Volvo, 2 Camiones MT y 2 Cargadores Frontales.

Caudal promedio requerido por Equpos Diesel 400

] m350 f c k [ 300 o d 250 i r e 200 u q e 150 R o 100 i d e 50 m o 0 r p a d l u a C

Holgura de Ventilación [20%] Simba (Compresor) Acuñador Camión MT Camiones VOLVO Manitou LHD

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 : 3 : 0 : 3 : 0 : 3 : 0 : 3 : 0 : 3 : 0 : 3 : 0 : 3 : 0 : 3 : 0 : 3 : 0 : 3 : 0 : 3 : 0 : 3 : 8 8 9 9 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Cargador Explosivos Cargador Frontal

Horas turno

Gráfico 8: Caudal requerido por aproximado de Equip os Diesel Fuente: Report Manager

El Gráfico 8 muestra el caudal requerido por equipos, luego de aproximado a números enteros los mismos, lo anterior descarta “en promedio” a los equipos menores, ya que estadísticamente no se

encontraron operando equipos que no fueran de la flota.

11


6. Distribución de Eventos y Flota Las condiciones lógicas de operación de un SLS, al no ser un método de extracción continua (como podría serlo un método de hundimiento), resulta en que las diversas operaciones de un ciclo, no se distribuyan de igual forma en todos los turnos, motivo por el cual, el comportamiento de los equipos es cambiante de turno en turno. A partir de la información registrada por Central Mina, se obtuvo el siguiente gráfico de Distribución de tronaduras.

Distribución de tronaduras por turno Sólo Desarrollo 55%

Ambas Tronaduras 2PM 2%

Ambas Tronaduras 8PM 2%

Otros 9%

Sin tronadura 36%

Tronadura 8PM 2%

Tronadura 2PM 3%

Gráfico 9: Distribución de tronaduras por turno. MMC 1er semestre 2017 Fuente: Central Mina

El Gráfico 9 muestra la distribución de tronaduras por turno, información a partir de la cual se hizo un análisis específico para cada caso. Con objeto de ver el comportamiento de los equipos durante el turno. En una primera instancia se hizo el análisis del comportamiento de los equipos para los turnos sin tronadura, turnos durante los cuales se puede hacer una mayor regulación del flujo de los ventiladores, considerando que no hay gases de tronadura que diluir ni durante el cambio de turno ni durante la colación.

12


Caso 1 – Sin tronadura:

Sin Tronadura - Aproximado Equipos 450

8

400

7

350

6

] 300 m f c k [ 250 l a d 200 u a C

Holgura 10% Simba (Compresor) Acuñador Camión MT s p u i q e e d ° N

5 o 4 3

150

2

100 50

1

-

0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 5 5 6 7 7 8 9 9 0 1 1 2 3 3 4 5 5 6 7 7 8 9 9 0 1 1 2 3 3 0 1 1 2 3 3 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2

Camiones VOLVO Cargador Explosivos Cargador Frontal Manitou LHD Oferta N° Camiones VOLVO N° Camiones MT N° Cargadores Frontales N° LHD N° Manitou Holgura Regulación

Horas Turno

Gráfico 10: Caso 1: Sin Tronadura - Aproximado Equipos. Mina Mantos de Cobre. 1er semestre 2017

El Gráfico 10 muestra el requerimiento de caudal promedio para los turnos sin tronadura, correspondientes al 36% del total de los turnos, para este caso, no debe haber ventilación de gases de tronadura y por ende la posibilidad de regulación de flujo es mayor que para otros casos. El eje vertical secundario muestra el número de equipos que operan durante el día, de aquí se desprende que para los momentos donde se estabiliza la operación (entre 1 hora empezado el turno o luego de terminada la colación y 1 hora antes del cambio de turno o colación), se tiene en promedio 3 camiones VOLVO, 2 camiones MT y 1 cargador frontal, esporádicamente entran en operación, 1 LHD y 1 Manitou. El área roja achurada, corresponde al margen de regulación con el que, en promedio, se cuenta para la operación, ya considerando un 10% de holgura en la ventilación y una oferta (aforo 2017) de 460,000 [kcfm].


Caso 2 – Sólo Tronadura de Desarrollo

Sólo Tronadura de Desarrollo - Aproximado Equipos 450

8

400

7

Tronadura Desarrollo C

] m f c 350 k [ l a d 300 u a C e 250 d o t 200 n e i m i r 150 e u q 100 e R

Tronadura Desarrollo A Simba (Compresor)

6

Acuñador

5 s o

Camión MT

4

LHD

3 2

p i u q E e d ° N

Camiones VOLVO Cargador Explosivos Cargador Frontal Manitou Oferta

1

50 0

Holgura 10%

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 5 5 6 7 7 8 9 9 0 1 1 2 3 3 4 5 5 6 7 7 8 9 9 0 1 1 2 3 3 0 1 1 2 3 3 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2

Horas Turno

0

N° Camiones Volvo N° Camiones MT N° Cargadores Frontales N° Manitou


Caso 2 – Sólo Tronadura de Desarrollo

Sólo Tronadura de Desarrollo - Aproximado Equipos 450

8

400

7

Tronadura Desarrollo C

] m f c 350 k [ l a d 300 u a C e 250 d o t 200 n e i m i r 150 e u q 100 e R

Tronadura Desarrollo A Simba (Compresor)

6

Acuñador

5 s o

Camión MT

4

LHD

3

p i u q E e d ° N

2

Camiones VOLVO Cargador Explosivos Cargador Frontal Manitou Oferta

1

50 0

Holgura 10%

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 5 5 6 7 7 8 9 9 0 1 1 2 3 3 4 5 5 6 7 7 8 9 9 0 1 1 2 3 3 0 1 1 2 3 3 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2

0

N° Camiones Volvo N° Camiones MT N° Cargadores Frontales N° Manitou

Horas Turno Gráfico 11: Caso 2: Sólo Tronadura de Desarrollo - Aproximado Equipos. Mina Mantos de Cobre 1er semestre 2017

El requerimiento de caudal por gases de tronadura de desarrollo es aproximadamente 79 [kcfm] para tronaduras del turno C y 72 [kcfm] para tronaduras del turno A, estos valores se obtuvieron con los kg de explosivos utilizados para las distintas tronaduras que se hacen en un turno 7 y con un factor de ajuste en función del número de tronaduras que se hacen por turno.

7

Tronaduras reportadas: Frente, Recarga, Nicho, Estocada Carga, Estocada LHD, Apertura, Desquinche y Pata.

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El análisis de la variación de velocidad de giro de los ventiladores principales para este escenario, es distinto que para los equipos, esto debido a que la generación de gases por parte de los equipos se genera mayoritariamente en la rampa, ingreso principal de aire de la mina, motivo por el cual la regulación puede ir acorde con las necesidades de los equipos, mientras tanto, la emisión de gases contaminantes de tronadura, es una emisión puntual y la cantidad de aire que llega a las frentes de trabajo es totalmente dependiente de las instalaciones de ventilación auxiliar, estado de los elementos de ventilación y cumplimientos de planificación de ventilación principal, es motivo de lo anterior que de forma conservadora, se plantea el análisis con ambos ventiladores encendidos durante 1:30 horas, luego de realizada la tronada. En lo que respecta al análisis de los equipos, para los momentos más productivos del turno, en promedio se tiene: 1 Manitou, 2 Cargadores Frontales, 3 Camiones Volvo y 2 Camiones MT.

Sólo Tronadura de Desarrollo 450 400 ] m f c k [ l a d u a C e d o t n e i m i

Tronadura Desarrollo

350

Holgura 10%

300

Simba (Compresor)

250 200 150

Acuñador Camión MT Camiones VOLVO LHD


El análisis de la variación de velocidad de giro de los ventiladores principales para este escenario, es distinto que para los equipos, esto debido a que la generación de gases por parte de los equipos se genera mayoritariamente en la rampa, ingreso principal de aire de la mina, motivo por el cual la regulación puede ir acorde con las necesidades de los equipos, mientras tanto, la emisión de gases contaminantes de tronadura, es una emisión puntual y la cantidad de aire que llega a las frentes de trabajo es totalmente dependiente de las instalaciones de ventilación auxiliar, estado de los elementos de ventilación y cumplimientos de planificación de ventilación principal, es motivo de lo anterior que de forma conservadora, se plantea el análisis con ambos ventiladores encendidos durante 1:30 horas, luego de realizada la tronada. En lo que respecta al análisis de los equipos, para los momentos más productivos del turno, en promedio se tiene: 1 Manitou, 2 Cargadores Frontales, 3 Camiones Volvo y 2 Camiones MT.

Sólo Tronadura de Desarrollo 450 400 ] m f c k [ l a d u a C e d o t n e i m i r e u q e R

Tronadura Desarrollo

350

Holgura 10%

300

Simba (Compresor) Acuñador

250

Camión MT

200

Camiones VOLVO

150

LHD

100

Cargador Explosivos Cargador Frontal

50 0

Manitou 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 0 : 4 : 2 : 5 5 6 7 7 8 9 9 0 1 1 2 3 3 4 5 5 6 7 7 8 9 9 0 1 1 2 3 3 0 1 1 2 3 3 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2

Oferta Holgura Regulación

Horas Turno Gráfico 12: Caso 2: Sólo Tronadura de Desarrollo, ambos ventiladores al 100%. Mina MMC 1er semestre 2017


Caso 3 – Tronadura de Producción y/o Producción y Desarrollo La cantidad de aire promedio requerida para la ventilación en 90 minutos, de los gases producidos por una tronadura de producción promedio en MMC, es de 627,733 [cfm]. El análisis es igual al del caso para tronadura de desarrollo, ya que, al contrario del caso de los equipos, la emisión es puntual y su ventilación es estrictamente dependiente de las condiciones de instalación en terreno de ventilación auxiliar, de su cercanía a un sistema de extracción/inyección de ventilación principal y del estado de los elementos de control de flujo. Es motivo de la alta cantidad de caudal que se requiere en promedio, que se obvia la regulación del flujo de los ventiladores para estos casos, y se hace la recomendación de la utilización de ambos a un 100% de potencia, para una correcta dilución de los gases, cabe mencionar que el hecho de que no se cuente con el caudal necesario para la dilución de estos gases no tiene afecciones directas sobre la salud de los operadores, ya que los equipos a cargo de realizar la extracción desde los caserones (Camiones, Cargadores y LHD) cuentan con cabinas presurizadas que los aíslan de la contaminación ambiental, de todas formas para el análisis económico se considera un pequeño


Caso 3 – Tronadura de Producción y/o Producción y Desarrollo La cantidad de aire promedio requerida para la ventilación en 90 minutos, de los gases producidos por una tronadura de producción promedio en MMC, es de 627,733 [cfm]. El análisis es igual al del caso para tronadura de desarrollo, ya que, al contrario del caso de los equipos, la emisión es puntual y su ventilación es estrictamente dependiente de las condiciones de instalación en terreno de ventilación auxiliar, de su cercanía a un sistema de extracción/inyección de ventilación principal y del estado de los elementos de control de flujo. Es motivo de la alta cantidad de caudal que se requiere en promedio, que se obvia la regulación del flujo de los ventiladores para estos casos, y se hace la recomendación de la utilización de ambos a un 100% de potencia, para una correcta dilución de los gases, cabe mencionar que el hecho de que no se cuente con el caudal necesario para la dilución de estos gases no tiene afecciones directas sobre la salud de los operadores, ya que los equipos a cargo de realizar la extracción desde los caserones (Camiones, Cargadores y LHD) cuentan con cabinas presurizadas que los aíslan de la contaminación ambiental, de todas formas para el análisis económico se considera un pequeño margen de variación de caudal para los equipos antes de la tronadura.

Análisis Económico El escenario actual de ventilación, arroja un consumo estimado anual de 280,000 USD / año en Ventilación Principal en Mina Mantos de Cobre, considerando que ambos ventiladores trabajan al máximo de su potencia, durante todo el turno. El potencial de ahorro analizado se hizo considerando la variación en la ventilación principal, en tramos de 10 minutos, para los turnos en los que no hay tronaduras y en los turnos en los que sólo se hace tronadura de desarrollo.

Caso 1 – Sin tronadura: Para este escenario, la variación de la velocidad de giro de los ventiladores principales, entrega los siguientes ahorros8: Considerando una variación de la frecuencia de ambos ventiladores en tramos de 30 minutos y con una holgura de ventilación de un 10% el ahorro potencial es el siguiente: ▪

▪

▪

8

Consumo sin VDF: Consumo con VDF: Ahorro:

$ 87,461 $ 14,903 $ 72,558

USD/Año USD/Año USD/Año

Se asume una extrapolación del comportamiento de los tu rnos (36% sin tronadura)


Caso 2 – Sólo con tronadura de Desarrollo: Considerando una variación de la frecuencia de ambos ventiladores en tramos de 30 minutos y la no regulación del flujo durante 90 minutos, para dilución de gases de tronadura (ambos al 100%) y con una holgura de ventilación de un 10% el ahorro potencial es el siguiente: • • •

Consumo sin VDF: Consumo con VDF: Ahorro:

$ 133,827 $ 74,418 $ 59,409

USD/Año USD/Año USD/Año

El ahorro combinado suma un total de $ 132,000 USD/año, sumando la regulación del flujo antes de la realización de la tronadura de producción, el valor asciende al orden de $150 ,000 USD/año, esto corresponde a un ahorro de un 63% anual en Ventilación Principal, considerando un consumo del orden de 240,000 USD/año9.

Inversiones Las siguientes inversiones corresponden netamente al proyecto de ventilación bajo demanda en Mina Mantos de Cobre, el resto de desarrollos como: ▪

Infraestructura de telecomunicaciones interior mina

▪

Sistema TAG

▪

Desarrollo de SCADA

Corresponden a Desarrollos que hubiesen sido realizados con o sin el proyecto por ende no se cargan directamente al mismo. Tabla 3: Condiciones de inversión del proyecto

Inversiones

Cantidad

Valor Unitario [usd]

Valor Total [usd]

Partidor eléctrico Variador de Frecuencia (VDF) para ventilador de 300 Hp

2

32,120

64,240

Partidor eléctrico Soft-Start (PS) para ventilador de 300 Hp

2

13,000

-26,000

Estación de Monitoreo de Gases y Caudal - Sentro 8 - Trolex

9

13,780

124,020

Software de simulación de Ventilación VentSim 4.8

1

8,000

8,000 $ 170,260

9

La estimación es en base a los valores entregados por control de gestión, ya que los medidores eléctricos no se encuentran conectados a SCADA.

17

S.I. Ingeniería Ventilación Tabla 4: Condiciones de costos anuales del proyecto

Costos

Valor anual [usd/año]

Ingeniero de Ventilación

28,500

Mantención de Sensores

8,000 $ 36,500

La correcta gestión de un sistema de ventilación bajo demanda depende de un Ingeniero que esté a cargo de: ▪

Gestionar los variadores de frecuencia o o

▪

Ventilación Principal Ventilador Auxiliar

Generar una interfaz lógica de comunicación del software para tener la información de los sensores directamente en VentSim

▪

Crear plataforma de comunicación entre TAG y VDF

▪

Reportar cuando se exceda la capacidad de diseño del sistema

▪

Monitorear en tiempo real las condiciones ambientales de los puntos de trabajo

▪

Procurar una correcta mantención y reporte del estado de los elementos de ventilación o o

Tapados Puertas

18


Conclusiones y Recomendaciones Los resultados obtenidos indican que la heterogeneidad en la distribución de los equipos día a día y la distribución de los mismos dentro de un turno, ofrece una oportunidad para r ealizar una variación en el flujo que entregan los ventiladores principales de Mina Mantos de Cobre. La consideración de una holgura de un 10% y una regulación en tramos de 30 minutos, entrega un ahorro del orden de $150,000 usd anuales, cumpliendo siempre con la necesidad de caudal de la mina. Descontando los costos de mantención del sistema y un ingeniero de ventilación que esté a cargo de la operación del mismo, el ahorro es del orden de $ 115,000 usd anuales. Los tiempos de traslado de los operadores es mayor en Mina Punta del Cobre, es motivo de lo anterior que existe un mayor margen para la regulación del flujo de los ventiladores, tanto principales, como secundarios y auxiliares. La inclusión de los sensores al software de simulación es una herramienta vital para tener conocimiento en tiempo real del comportamiento del aire en la mina y así poder tomar decisiones en tiempo real sobre la ventilación en los distintos puntos. Actualmente no existe un sistema que permita monitorear los ventiladores auxiliares, lo cual provoca que a veces se mantengan encendidos en lugares en los que no cumplen ninguna función. No hay un personal que esté a cargo de la gestión de los Variadores de Frecuencia instalados tanto en ventilación principal como secundaria y auxiliar en las 3 minas, motivo por el cual son utilizados como partidores suaves. El estudio corresponde sólo al 16% de la potencia de ventilación en funcionamiento, lo cual otorga un amplio rango para la regulación del flujo en las demás minas. Proyecto actual no requiere de ninguna nueva inversión, sólo falta la instalación de un VDF el cual debiera estar en septiembre del 2017. La extrapolación directa de los ahorros de MMC a las 3 minas, no es metodológicamente correcta debido a que la distribución del flujo es distinta entre las ellas, al igual que los márgenes de ahorro de las mismas, más, aun así, presentan las mismas tendencias de comportamiento de los equipos, por lo cual, los ahorros (en función de las potencias instaladas), pueden llegar al orden de 900,000 usd/año. La sensación interior mina, a veces dista de las condiciones de sobre ventilación de la misma, esto es debido a una falta de cuidado y mantención de los elementos de ventilación: Portones y Tapados. Se recomienda la creación de una interfaz (puede ser desarrollo de SCADA) que permita la conexión de los VDF de ventilación principal y auxiliar a superficie. Se recomienda retirar y hacer mantención al sensor Accutron instalado en el Frontón de Ventilación de Mina Mantos de Cobre. Se Recomienda conectar los medidores eléctricos de los ventiladores principales a superficie para tener esta información en línea, tal y como se tiene en MPC. 19


Trabajos citados Acuña, Enrique, Álvarez, Roberto y Hurtado, Juan Pablo. 2016. Updated Ventilation On Demand review: implementation and savings achieved. Santiago, Chile : 1st International Conference of Underground Mining, 2016. MINISTERIO DE MINERÍA. 2004. Decreto Supremo N° 132. Santiago : s.n., 2004. Tran-Valade, Trang y Allen, C. 2013. Ventilation-On-Demand key consideration for the business case. Canadian Institute of Mining (CIM) Convention. 2013.

20


Apéndice 1. Análisis retrospectivo de requerimientos máximos de caudal Los siguientes gráficos muestran el requerimiento máximo de caudal que se han tenido durante los primeros 6 meses de este año, el estudio no incluye los gases por tronadura, sólo los equipos con emisiones diesel, debe entenderse que el requerimiento máximo puede haber sido una situación puntual y no representa el total del turno. Demanda máxima y Oferta de Ventilación - Enero 700 600 ] m500 f c k [ 400 l a d 300 u a 200 C 100 0

Requerimiento Enero OFERTA ANTES OFERTA ACTUAL

0

10

20

30

40

50

60

Turnos

Gráfico 13: Demanda máxima y Oferta de Ventilación - Enero

Demanda máxima y Oferta de Ventilación - Febrero 700 600 ] m500 f c k [ 400 l a d 300 u a 200 C 100 0

Requerimiento Febrero OFERTA ANTES OFERTA ACTUAL

0

10

20

30

40

50

Turnos

Gráfico 14: Demanda máxima y Oferta de Ventilación - Febrero

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Demanda máxima y Oferta de Ventilación - Marzo 700 600 [ m500 f c k [ 400 l a d 300 u a 200 C 100 0

Requerimiento Marzo OFERTA ANTES OFERTA ACTUAL

0

10

20

30

40

50

60

Turnos

Gráfico 15: Demanda máxima y Oferta de Ventilación - Marzo

Demanda máxima y Oferta de Ventilación - Abril 700 600 ] m500 f c k [ 400 l a d 300 u a 200 C 100 0

Requerimiento Abril OFERTA ANTES OFERTA ACTUAL

0

10

20

30

40

50

60

Turnos

Gráfico 16: Demanda máxima y Oferta de Ventilación - Abril

Demanda máxima y Oferta de Ventilación - Mayo 700 600 ] m500 f c k [ 400 l a d 300 u a 200 C 100 0

Requerimiento Mayo OFERTA ANTES OFERTA ACTUAL

0

10

20

30

40

50

60

Turnos

Gráfico 17: Demanda máxima y Oferta de Ventilación - Mayo

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Demanda máxima y Oferta de Ventilación - Junio 700 600 ] m500 f c k [ 400 l a d 300 u a 200 C 100 0

Requerimiento Junio OFERTA ANTES OFERTA ACTUAL

0

10

20

30

40

50

60

Turnos

Gráfico 18: Demanda máxima y Oferta de Ventilación – Junio

Durante el mes de Junio se hizo una variación a las aspas de ambos ventiladores principales en MMC, además se pidió una toma CMS del frontón, subiendo el caudal de 350,000 [cfm] a 460,000 [cfm].

ANTES DE LA REGULACIÓN No Cumple

42%

Sí Cumple

58%

Ilustración 2: Condición de cumplimiento de Caudal. Antes de la regulación de aspas.

DESPUÉS DE LA REGULACIÓN No Cumple

Sí Cumple

18%

82%

Ilustración 3: Condición de cumplimiento de Caudal. Después de la regulación de aspas.

La condición actual de operación arroja que en un 18% de los turnos, existe algún momento dentro del turno donde se excede la capacidad de diseño instalada de ventilación, se debe procurar no interpretar en el análisis que en un 18% de los turnos no se cumple con la ventilación prolongadamente dentro del turno, sino que corresponde a situaciones puntuales dentro de los mismos. El análisis respecto al total de tiempo en la mina arroja que en un 99% del tiempo de operación, se cumple con el requerimiento de caudal en el turno. 23


2. Sistema de Report Ejemplo de Report, camión articulado.

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Resumen Memoria - Ventilación Bajo Demanda

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