Sistemas de Aire Comprimido en Minería: Diseño, Mantenimiento y Optimización

Sistemas de Aire Comprimido en Minería

Tipos de Mantenimiento

Mantenimiento por Corrección de Avería

En este caso, la máquina o equipo está en servicio hasta que no pueda desempeñar su función. Una vez corregida la avería que provoca una parada, no se volverá a prestar atención hasta que se provoque otra falla.

Mantenimiento Programado

Consiste en la vigilancia y el control, inspección de los puntos débiles o críticos en determinado periodo de tiempo, que si no se realizan pueden dar lugar a una avería.

Mantenimiento Preventivo

Es aquel que, por medio de inspecciones periódicas, se conoce el estado de la máquina y se programan las correcciones necesarias para ser utilizadas en momentos oportunos y antes que se produzca la avería.

Mantenimiento con Proyecto o Ingeniería Preventiva

Consiste en trabajar y estudiar sobre aquellos puntos o zonas de las máquinas que originan las anomalías más frecuentes con el objeto de diseñarlo con una nueva forma o con materiales que reduzcan las anomalías y, en consecuencia, ahorren tiempo y volumen de mantenimiento, lo que implica una reducción de costo.

Organización del Mantenimiento

En el organigrama de una empresa, el mantenimiento puede estar relacionado con la operación de diversas formas, pero el propio mantenimiento tiene su propia organización. El criterio de organización de funciones más extendido en las grandes explotaciones mineras es el de la subdivisión de funciones basadas en la especialización del personal. Este tipo de organización se caracteriza por alta flexibilidad, facilitando la rapidez de acción y definiendo claramente la autoridad y la responsabilidad en cada nivel. La planta mayor o staff de una empresa está formada por un jefe de mantenimiento, un jefe de producción, un jefe de ingeniería (planificación, diseño y control). El sector de ingeniería proporciona la asistencia técnica necesaria para todas las fases del programa de mantenimiento y/o reparaciones, sustituciones de elementos de estudios, etc.

Efectividad del Mantenimiento

Para medir el rendimiento del mantenimiento se debe controlar diversos índices de un modo simple. Los índices más usados son:

Costos de mantenimiento y reparación por tonelada o m³ de material movido.
Costos de mantenimiento y reparación por hora de operación.
Porcentaje del costo total operativo que corresponde al costo de mantenimiento y reparaciones.
Número de mecánicos-hora por cada hora de operación del equipo.
Cantidad de mecánico-hora por cada mil toneladas o metros cúbicos de material.

La disponibilidad es el factor o el índice clave del mantenimiento, pero se debe aclarar que no solo depende de él.

Definiciones de Índice de Rendimiento de Equipos

Horas existentes o recursos He = 365 x 24
Horas programadas Hp = nº de días x turnos/días x horas/turnos
Horas trabajadas por un determinado equipo Ht
Horas de tacómetro Htc
Horas de parada por reparación y mantenimiento Hpem
Horas trabajadas Ht = Hp – Hpem
Porcentaje de utilización Hp/He x 100
Porcentaje de disponibilidad Ht/Hp x 100
Porcentaje de ritmo Htc/Ht x 100
Porcentaje de eficiencia = %disponibilidad x %utilización x %ritmo

Costo de Mantenimiento y Reparación

Es fundamental tener en cuenta que los costos de mantenimiento y reparación aumentan conforme aumenta la vida del vehículo, al contrario de lo que ocurre con los costos de propiedad. La combinación de estos dos parámetros sirve para determinar la vida económica del equipo y, en consecuencia, del momento de la sustitución del equipo. Para la determinación precisa de los costos horarios es necesario el uso de equipos informáticos en tiempo real, cuya información necesaria son:

Horas del personal propio o contratado.
Asistencia técnica exterior.
Stock de repuestos en almacén.
Aceites y lubricantes, etc.

Y utilizando la siguiente fórmula: CHMR = (PA – PN / Hv x 100) x FR
Donde:
CHMR = costos horarios de mantenimiento y reparación
PA = costo de adquisición
PN = precios de los neumáticos
Hv = horas de vida
FR = coeficiente tabulado en función de las condiciones de trabajo que contempla la dureza de la roca y del tipo de equipo.

Talleres Mineros

El diseño de un taller de reparaciones mineras, desde el punto de vista de su capacidad y las prestaciones para lograr una eficaz tarea de atención a equipos y maquinarias, requiere tener en cuenta los siguientes factores:

Tamaño y naturaleza de la flota o equipo
Tipo de trabajo que se deberá realizar
Rendimiento y productividad del personal
Espacio y capital disponible.

La planificación y el diseño del taller afectan tanto a la inversión en edificios; debido a esto es muy importante tener en cuenta los factores anteriores tanto si se trata de la puesta en marcha de un taller como si se trata de uno que esté en funcionamiento donde, por ejemplo, se decide sustituir la flota tanto en tamaño como en cantidad. Es recomendable estudiar con el taller en funcionamiento porque la marcha del taller puede exigir alguna reconsideración de algunos parámetros de partida. Un correcto diseño del taller debe lograr lo siguiente:

Un bajo costo de las reparaciones
Reducir al mínimo el tiempo empleado en ese trabajo.
Obtener una óptima productividad de la mano de obra.

El lugar donde se realizan las reparaciones se denomina taller y pueden ser de 4 tipos:

El principal o fijo.
El móvil.
La estación de servicio.
Talleres exteriores o contratados.

Taller Fijo o Principal

No es muy aconsejable utilizar talleres antiguos, pero tampoco es conveniente descartarlos, ni tampoco el personal de una mina subterránea para una explotación a cielo abierto por diferencia de metodología de trabajo, ritmo de trabajo, etc. El criterio básico es tratar de evitar en todo lo posible cualquier diagnóstico e incluso la reparación sobre la maquinaria. La parte afectada de la misma debe ser sustituida por una igual que debe estar disponible en el almacén o bien reparada en el taller. El diseño de la planta del taller debe ser bien estudiado para que la entrada y la salida de la maquinaria, por más grande que sea o vayan a ser, no produzca interferencias. La iluminación y ventilación son factores a tener en cuenta para obtener el mayor rendimiento en los futuros trabajadores. Debido a la complejidad de la maquinaria actual, esta exige una gran especialización del personal, por lo general deben capacitarse mediante cursos adecuados.

Talleres Móviles o Especializados

Tanto la maquinaria pesada como la semiestática, que sufren averías grandes o pequeñas durante la explotación sin poder llegar sin sus propios medios hasta el taller principal, requerirán de la existencia en la mina de los talleres especiales móviles, preparados y con todos los elementos previsibles para estas contingencias. Es normal tener unidades especializadas y diferenciadas para cada caso o flota de máquinas como, por ejemplo: unidad móvil de engrase y reposición de fluidos accionados por compresores y con medidores de caudales; unidades móviles para abastecimiento de combustible equipadas por una motobomba y un medidor, etc., como así también de subestaciones de transformación eléctrica, equipadas con grúas hidráulicas, neumáticos, mesas de trabajo, etc.

Elección del Sistema de Red de Aire Comprimido

En una red de aire comprimido es de suma importancia conocer la posibilidad de acumulación de agua en la misma y los lugares posibles de acumulación. En función de las necesidades y las características futuras podemos distinguir tres tipos de redes: red abierta, cerrada e interconectada.

Red Abierta

Se constituye por una sola línea principal de la cual se desprenden las secundarias y de servicio. La principal ventaja de esta red es la baja inversión inicial, también se puede destacar como ventaja que puede inclinarse según el sentido de flujo de aire, lo cual facilitaría la evacuación por gravedad de los concentradores instalando estratégicamente lo mínimo. Una de las desventajas es la operación de mantenimiento ya que, para realizar el mismo, es necesario cortar el suministro de aire comprimido y no puede funcionar. En estas redes se recomienda una pendiente máxima de 2%.

Red Cerrada

En esta configuración, la línea principal se constituye en forma de anillo, su inversión inicial es mayor, lo que se compensa con la facilidad de las operaciones de mantenimiento, puesto que un corte no implica que se queden sin aire comprimido.
La falta de dirección constante del flujo de aire comprimido es una desventaja ya que la dirección de algún punto de la red depende de demandas puntuales y, por lo tanto, cambiará de dirección en función del consumo. El problema se materializa cuando los accesorios de la red, por ejemplo, filtros, son diseñados con una dirección de entrada de aire y, por lo tanto, una salida; estos accesorios en estos casos no son utilizados. Otro problema que se manifiesta o se representa en la red es la dificultad para eliminar los condensados por la falta de inclinación determinada. Este problema obliga a instalar otro sistema de secado del aire dentro del sistema.

Red Interconectada

Es similar a una red cerrada pero con una implementación tipo bypass entre líneas principales, aumentando notoriamente la facilidad de mantenimiento. Sin embargo, este tipo de red requiere una mayor inversión con respecto a las anteriores.

Equipos y Accesorios en una Red de Aire Comprimido Nueva

En el caso de instalar un sistema nuevo de aire comprimido en función de las necesidades de producción de la planta, es necesario identificar tipos y cantidad de equipos a utilizar y tener presente siempre que la presión de trabajo necesaria de la red será la obtenida o medida después de que el aire comprimido pase por este conjunto de elementos.

Filtro de compresión: este dispositivo es utilizado para eliminar las impurezas antes del proceso de compresión con el objeto de proteger al compresor y evitar el ingreso de contaminantes al sistema.
Compresor: es el encargado de convertir la energía mecánica en energía neumática comprimiendo el aire. La conexión del compresor a la red debe ser flexible para evitar la transmisión de vibraciones debido al funcionamiento del mismo. Si se trata de una batería de compresores, es importante mantener la presión del grupo.
Post-enfriador: es el encargado de eliminar gran parte del agua que naturalmente se encuentra en el aire en forma de humedad.
Tanque de almacenamiento o pulmón: almacena la energía neumática (aire comprimido) y además permite el asentamiento de partículas y humedad. Su función además es regular el caudal de salida y minimizar o eliminar los cambios bruscos de presión.
Filtros de línea: se encargan de purificar el aire hasta la calidad adecuada para el promedio de aplicaciones conectadas a la red.
Secadores: se utilizan en instalaciones que requieren un aire adecuadamente seco.
Equipos adicionales: son los sistemas de purga, filtros, reguladores de presión, lubricadores.
Tubería principal: es la que sale del conjunto de compresores y conduce todo el aire que se consume en el proyecto. Debe tener la sección adecuada, lo mayor posible, para evitar pérdidas de presión y prever futuras ampliaciones con el consiguiente aumento en el consumo de aire. La velocidad máxima del aire en la tubería principal no debe superar los 8 m/seg (promedio).
Tuberías secundarias: se derivan de la tubería principal y se conectan a la tubería de servicio. El caudal que circula en ellas es el asociado a los elementos que están vinculados a esta tubería. También es conveniente prever ampliaciones.
Las tuberías de servicio son aquellas que suministran el aire a maquinarias y equipos, generalmente son de conexión rápida. Debe procurarse no sobrepasar el número de equipos previstos que se alimentan por dicha tubería.

Recomendaciones

Para la instalación de una red de aire comprimido nueva, una vez que se cuenta con toda la información mencionada anteriormente, se comienza con el diseño de la red seleccionada y los puntos a tener en cuenta como mínimo son los siguientes:

Disponer de los recursos necesarios en el momento de efectuar las modificaciones si se trata de una planta instalada o bien de la nueva instalación.
Definir el lugar para el o los compresores. Este es muy importante ya que, una vez establecida la distribución, esta influirá notablemente en futuras ampliaciones (reparaciones o instalaciones) y los mantenimientos que este exija.
Se recomienda la utilización de tanques o pulmones alrededor de un 50% superior a la capacidad del o los compresores para satisfacer de manera adecuada los aumentos o picos en la demanda del sistema de red, como así también las variaciones de presiones.
Procurar que la red sea lo más recta posible con el objeto de disminuir la longitud de la misma, el número de codos, tuberías en forma de T y de cambios de sección, ya que todo esto aumenta las pérdidas de presión del sistema.
Las tuberías siempre deben instalarse en altura, sostenidas de techos o paredes, con el objetivo de facilitar su instalación, la de sus accesorios, puntos de drenajes, futuras ampliaciones y también para que sea fácil su inspección y mantenimiento.
La tubería, cualquiera sea, no debe estar en contacto con la conexión eléctrica.
Una instalación debe tener una cierta libertad de movimiento para que la tubería se contraiga o expanda ante posibles variaciones de temperatura.
Es aconsejable, antes de implementar extensiones o nuevas demandas de aire en la red, verificar el diámetro de las tuberías para asegurarse si soportan el nuevo caudal.
Para el mantenimiento es esencial que se ubiquen llaves de paso en puntos estudiados de la red, evitando de esta manera detener el flujo de aire en la red cuando se realicen reparaciones o instalaciones nuevas.

Fallas Más Frecuentes al Momento de Diseñar una Red de Aire Comprimido

Diseñar la tubería enterrada sin que sea un caso especial.
Efectuar modificaciones o adiciones poco convencionales al sistema con el objeto de minimizar costos y sin efectuar un correcto análisis del sistema.
Creer que se puede compensar la insuficiencia del caudal de aire de un compresor aumentando la capacidad de reserva de aire por medio de tanques.
Elevar la presión de trabajo (por falta de aire) para suplir necesidades momentáneas. Esto aumenta un poco la reserva de aire a expensas del costo de la energía del aire.
No inspeccionar adecuadamente y constantemente las causas de una caída de tensión, ni verificar ni ajustar los equipos del sistema.

Recomendaciones al Momento de Efectuar el Mantenimiento a un Sistema

Se recomienda realizar inspecciones periódicas para asegurar el normal funcionamiento.
Se debe disponer de un plano de la red y uno isométrico de la instalación con dimensiones de tuberías y la instalación de accesorios y otros elementos.
Es recomendable efectuar diagnósticos periódicos, semestrales, anuales, etc. Este periodo dependerá de la magnitud del sistema.
Es necesario evitar que en la red se formen partículas de impureza tales como óxidos, residuos de aceite y humedad, ya que estos dan origen a averías en las instalaciones, máquinas y herramientas, provocando su destrucción. Se recomienda eliminar la mayor cantidad posible de agua de condensación por medio de métodos adecuados y siempre que sea posible al principio del proceso.
Normalmente, la causa más importante de caídas de presión bruscas es la saturación de los filtros.
Se considera aceptable una caída de presión entre el 5 y 10% a lo largo de una instalación.
No incrementar el valor de la regulación de presión para compensar las pérdidas, siempre se debe revisar o investigar las causas verdaderas.
No dejar mangueras de los equipos diseminados en el área de trabajo ya que las condiciones en este pueden ser variadas y, en consecuencia, generar averías imperceptibles en muchos casos.

Transmisión de Aire Comprimido

El aire comprimido a la salida del compresor pasa por un depósito cuyo volumen depende de la capacidad del mismo y desde allí se envía por tuberías apropiadas a los lugares de consumo y trabajo. El papel principal de estos depósitos es regularizar el suministro de aire cuando se trata de trabajos intermitentes como los son las explotaciones mineras.

Tuberías

Estas son de hierro y acero, estas últimas son más preferidas por igualdad de sección, longitud, presión, son más ligeras, por lo tanto, más fáciles de manejar. El diámetro debe calcularse sobre la base de admitir una pérdida de presión admisible desde el punto de vista económico. Las juntas deben hacerse con sumo cuidado para evitar futuras fugas o al menos para que no haya más de las que son inevitables. A este conviene que sean de goma o amiantamiento, son los materiales que garantizan una mayor estanqueidad. En el exterior de las tuberías, cuando estas son descubiertas, sus tratamientos dependen de las condiciones ambientales (por ejemplo, cuando la temperatura desciende bajo 0º, las tuberías se congelan generando obstrucción); para evitar esto se deben recubrir con materiales caloríficos.

Depósitos de Aire

Son cilindros de hierro o acero colocados horizontal o verticalmente a la salida del compresor a distancias variables de acuerdo a la circunstancia. Están instalados al aire libre a los efectos de facilitar el enfriamiento del aire antes de que este ingrese a la tubería de la red. El depósito más eficiente es el que refrigera el aire hasta la temperatura ambiente; si el aire se enfría lo debido, se elimina la mayor parte de la humedad.

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