Control de polvo en los caminos de acarreo en minas de superficie

Ing. Tulio Antezano

AGENDA

I. Objetivos de los proyectos de investigacin de pre-grado en UTEC

II. Proyecto de control de polvo en minas de superficie

a) Introduccin

b) Importancia del control del polvo

c) Esquema de desarrollo del proyecto

d) Solucin conceptual

e) Fases del proyecto

f) Trabajo de campo

g) Donde estamos y prximos pasos

Aprendizaje Activo. Proyectos de pregrado.

ESTRUCTURA DE LAS CARRERAS

Ciencias y matemtica: 25%

Ingeniera: 50%*

Gestin, humanidades, arte e idiomas: 25%

5 aos/ 10 semestres/ 213 Cr

Ho

lstico

*Menciones

Mining operations

Automation

Environment

Mining equipment

Information systems

Mechatronics

Nanotechnology

Minerallurgy

Maintenance management

Manufacturing

DINMICA DE UNA CLASE TIPO

Mtodos inductivos de aprendizaje:

Discovery Learning

Inquiry-Based Learning

Problem-Based Learning

Project-Based Learning

Case-Based Teaching

Just-In-Time Teaching

Motivacin de la clase

WOW Comprensin del

contenido

Sistematizacin del

contenido

Evaluacin,

actividades post,

reflexin

30 minutos 10 minutos 10 minutos

70 minutos 15 minutos 15 minutos

GENERACIN DE IDEAS DE

PROYECTOS

46%

23%

11%

5%

4%

4%

3%

2%

2%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

Internaly generated

Customer

Competitive product

Sales force

University

Independent

Distribution partner

Other partner

Supplier

Source: Terviesch and Ulrich (2009)

Ao Proyectos Estudiantes Profesores

2013-II 42 239/366=65% 14 2014-I 58 326/551=59% 25 2014-II 69 352/504=69.8% 26

Control de polvo en los caminos de acarreo en minas de superficie

Ing. Tulio Antezano

IIMP 14/05/2015

OBJETIVO

Mejorar el factor de utilizacin del agua en el

regado de los caminos de acarreo por la

implementacin de un sistema de monitoreo de

emisin de polvo

BENEFICIOS E IMPORTANCIA

El control del polvo es un problema a nivel mundial en

minas y canteras

El agua y la energa son claves para el desarrollo

futuro

La escasez de ambos recursos incrementa el costo

operacional y determina la capacidad de:

Cumplir con los requerimientos y objetivos de

produccin

Obtener y mantener las licencias para operar

Explorar y explotar nuevos depsitos

HIPTESIS PLANTEADAS COMO RETOS

1. La emisin de polvo es producto de:

o El nivel de sequedad de la superficie de rodado de la va de acarreo

o Sus variadas caractersticas geolgicas y

o La degradacin progresiva de su composicin granulometra por el

trnsito continuo de los grandes camiones pesados de transporte

2. La medicin de la emisividad de polvo:

o Puede ser el mejor KPI para establecer un punto de referencia para

identificar los segmentos de va que necesitan riego

o Tambin la seal para movilizar la flota de camiones de riego

(Cisternas)

3. Esta misma metodologa puede:

o Ser utilizada para medir el perodo de eficacia de los aditivos

supresores de polvo y repetir el tratamiento cuando sea necesario

o Racionalizar el uso del recurso agua y de la flota de regado

mediante un monitoreo programado , complementado con el uso de

aditivos y un regado eficiente

PLAN DE DESARROLLO

Fase #1

Definicin del problema

Fase #2

Solucin conceptual

Fase #3

Pruebas en campo,

validacin y conclusiones

FASE 1 - DEFINICIN DEL PROBLEMA

Estado del arte

Sistemas de control de polvo con regado de agua en base a supervisin visual

Alto consumo de agua Sistema de regado ineficientes Accidentes e incidentes por presencia de polvo Ciclos de transporte mas extensos por mala condicin de

caminos y presencia de polvo

No existe monitoreo de condicin de caminos

Fase #1

Definicin del problema

Fase #2

Solucin conceptual

Fase #3

Pruebas en campo,

validacin y conclusiones

FASE 1 - DEFINICIN DEL PROBLEMA

Polvo fugitivo en caminos

de acarreo

Propiedades de los suelos (Humedad)

Transporte

Remediacin usual

Clima

CRITERIOS DE XITO

Mnima emisin de polvo

Mejor condicin de caminos

Mayor rendimiento de camiones OHT

Tons/hora

Menos accidentes

Costo/Hora

+ Productividad

- Operacin &

- Mantenimiento

+ Seguridad &

Ambiente

Mnimo consumo de agua

INDUCCIN A ESTUDIANTES

Curso corto: Introduccin a la minera

Estado del arte

Revisin de bibliografa y papers sobre el tema

Toma de contacto con la realidad; visita a cantera y a

mina de cobre

Entrevistas con personal de operaciones, seguridad y

control ambiental

Revisin de legislacin sobre control de polvo en

minas

FASE 1 - DEFINICIN DEL PROBLEMA

Mina de Cobre

Cantera

UTEC PROYECTO DE SOLUCIN

Revisar toda la bibliografa posible referida a monitoreo de polvo

Establecer un plan de desarrollo para el monitoreo

Definir validacin de solucin conceptual. Requerimientos del

monitoreo de polvo Basada en data medida

Instalado en un vehculo (plataforma mvil)

Monitoreo de polvo basado en emisividad Colector de polvo

(gravimtrico)

Medidor de concentracin de polvo

Pruebas de campo Cantera de cemento

Mina de Cobre, tajo abierto

Resultados Requerimientos de monitoreo

actualizado

Seleccin del mejor sistema

FASE 2 SOLUCIN CONCEPTUAL

Fase #1

Definicin del problema

Fase #2

Solucin conceptual

Fase #3

Pruebas en campo, validacin y

conclusiones

De Un enfoque reactivo poco

sistemtico

A Una practica sistemtica y

preventiva

FASE 2 SOLUCIN CONCEPTUAL

Fase #1

Definicin del problema

Fase #2

Solucin conceptual

Fase #3

Pruebas en campo, validacin y

conclusiones

Mantener buena condicin de camino con mnimo consumo de agua

Monitoreo de emisin de polvo para identificar segmentos que requieren regado. Se elaborara un mapa interactivo de ubicacin de

estas zonas. El ndice de emisividad ser el indicador para el manejo

optimo de la flota de regado

El proyecto contempla el uso de aditivos supresores de polvo con el objetivo de extender los periodos de regado. El periodo de efectividad

del aditivo supresor ser monitoreado en base a la capacidad de

emisin de polvo de una va tratada con este aditivo

FASE 2 SOLUCIN CONCEPTUAL

Menor consumo de agua

Monitoreo

Aditivos Eficiente regado

Reduce la frecuencia de

regado, en consecuencia el

consumo de agua

Reduce el

consumo de agua

por mayor

eficiencia

Registrar la emisin del polvo en diferentes condiciones de sequedad o humedad de la superficie de rodado de las vas

Se riega

cuando es

necesario

EXPLORANDO MTODOS DE MONITOREO

Monitor mvil con sensores para medir concentracin de polvo Mtodo

gravimtrico

con colector

de polvo

Sistema de monitoreo remoto de polvo

Posibilidades para integrar sistema

de monitoreo a sala de control

integrado de mina

SISTEMAS DE MONITOREO CONSIDERADOS

Sistema de monitoreo

Sensores de polvo fugitivo

Difraccin por Laser

Colector de polvo

Sensor de ultrasonido

Scanner de rea

Mapeo satelital

PROCESO DE PROTOTIPEO DEL COLECTOR DE POLVO

METODOLOGA DE MONITOREO

Toma de muestras

Dispositivo de monitoreo en vehculo (Plataforma mvil) Medidor de concentracin de polvo a bordo

Registro y

Anlisis

Registro de data de muestras tomadas en intervalos de tiempo Registro incluye la locacin de los segmentos de va medidos

Bench mark

Se establece criterio para fijar el mximo nivel permisible de concentracin de polvo

En base a lo anterior se determina el benchmark para cada mina

Plan de accin

Se recomienda un programa de trabajo diario/mensual/anual para el vehculo de monitoreo

Se implementa sistema de reporte de emisividad de polvo (Mapeo) para identificar segmentos que requieren regado

PRUEBAS DE COLECTOR DE POLVO

Colector de polvo Colecta muestras de polvo para

determinado segmento de va.

Procesamiento de muestras en

laboratorio es requerido

Monitor de concentracin de polvo

Instrumento para medicin en tiempo real DusMate (Instrumento comercial) Dispositivo no ha sido aun probado para

medir emisividad desde una plataforma

mvil y menos para aplicaciones en

caminos de acarreo.

MONITOREO DE POLVO CON INSTRUMENTOS

Dado que no hay un patrn o estndar para la medicin de la emisividad de

polvo, vimos la oportunidad de introducir el concepto de emisividad basado en

la concentracin de polvo medido por una herramienta de monitoreo que da

lecturas en mg / m3 de polvo en suspensin generado por un neumtico de

cualquier vehculo que transita en caminos de acarreo

Definicin de ndice de

emisividad de polvo

Longitud de va

Emissivity level

Bench Mark

ESPECIFICACIONES DE LOS MONITORES

Compact Optical Dust Sensor

sensitivity 0.1mg/m3.

Dimension (46 30 17.6mm)

Voltage operation 5-7V

Dust Collector

Measurement Grams

Dimension (40 x 60 x 80cm)

Voltage operation 12 V

MONITOREO CON EL COLECTOR

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 50 100 150

Time (seconds)

Dust Density (mg/m3)

MONITOREO CON EL SENSOR PTICO

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 50 100 150 200

Time (seconds)

Dust Density (mg/m3)

FASE 3 PRUEBAS DE CAMPO Y VALIDACIN

Fase #1

Definicin del problema

Fase #2

Solucin conceptual

Fase #3

Pruebas en campo, validacin y

conclusiones

Consolidar pruebas iniciales con un mayor numero de muestras

Validar concepto con diferentes grados de humedad del suelo

Establecer benchmark de emisividad para un determinado terreno

Establecer efectividad del aditivo supresor en el tiempo

Determinar la metodologa de monitoreo para aplicar a cualquier condicin operacional.

Seleccionar el dispositivo o equipo de regado mas eficiente

Mayor velocidad de regado

Mayor rea regada por litro de agua gastada

Elaborar mapa de emisividad de polvo en base a monitoreo programado

DISPOSITIVOS DE MONITOREO A BORDO DEL VEHCULO

CAMIONES DE REGADO DE ALTA EFICIENCIA

CAT Water Delivery & Control

Systems use 85% less water/km

and cover six times the distance of

conventional trucks

Courtesy of CAT Inc.

CAMIONES DE REGADO DE ALTA EFICIENCIA

Incremento de la eficiencia por nuevo sistema de control de aspersin y

sincronizacin con velocidad del vehculo

Sistema convencional CAT WDS

No controla flujo de agua Flujo no depende de la

velocidad del vehculo

Flujo controlable

Flujo depende de

velocidad de vehculo

No hay control sobre los

aspersores Aspersores con control

Fugas de agua No hay fugas de agua

Bondades adicionales del

sistema CAT WDS

Patrn de rociado

Interface de usuario

Control automtico de agua en base a: ancho de va vs. cantidad de

agua

EVALUACIN DE LAS PRUEBAS DE CAMPO

Condiciones de las pruebas en campo

o Variabilidad del clima incluso en un solo da (Por viento)

o Rampas y curvas de las vas no permiten mantener una

velocidad constante del vehculo de monitoreo

o Lecturas de medicin alteradas por alta vibracin del vehculo

debido a la rugosidad de la superficie de la va en algunos

segmentos afecto al colector significativamente

Recomendaciones

o Rangos de lectura de medidores de concentracin de polvo

deben alcanzar los 20 mg/m3

RESULTADOS CON EL COLECTOR

Principales observaciones

o Alta variabilidad de lecturas de muestras

o Las condiciones del terreno y la instalacin del colector a

bordo y el suministro inestable de energa no permitieron

obtener lecturas confiables

o La alta vibracin del vehculo de monitoreo afecta el ensamble

del colector a bordo.

Lecciones aprendidas

o Se descarto el colector para continuar con el proyecto. Sirvi

para confirmar que es posible medir la emisividad de polvo.

RESULTADOS CON EL SENSOR PTICO

Principales observaciones

o Gran variabilidad de la lecturas

o Limitaciones del sensor para obtener el rango de lectura de

concentracin de polvo

Lecciones aprendidas

o Se confirmo la validez del concepto de emisividad en diferente

calidad de suelo de las vas.

o Se descarto el sensor ptico y se requiere continuar con un

monitor de concentracin de polvo de mayor rango de lectura

(10 -30 mg/m3)

o Se requiere autonoma en suministro de energa al monitor.

Una batera ion-litio recargable con capacidad para un periodo

de 4 horas es suficientE

MONITOR DE CONCENTRACIN DE POLVO

0.1 mg/m3

20 mg/m3

MONITOR DE CONCENTRACIN DE POLVO

COSTO DE REGADO CON AGUA MINA A TAJO ABIERTO

DATOS DE OPERACIN DE OPERACIN CON MONITOREO Y

ADITIVOS

Longitud total de vias regadas 17,000 mts

Ancho de via 30 mts

Area total regada 510,000 m2

Consumo actual agua 239 m3/da

Horas promedio operacion cisternas 120 hrs/mes

COSTO DE REGADO CON MONITOREO Y ADITIVOS

Costo agua de riego 0.13 US$/m3

Costo agua de riego/da total 31.00 US$/da

Costo de operacin de cisternas (US$

71.0/hr) 254 US$/da

Costo mantenimiento cisternas (US$

30.3/hr) 108 US$/da

Costo aplicacin aditivo y monitoreo 3,123 US$/da

COSTO TOTAL REGADO MINA 3,516 US$/da

COSTO ANUAL 1'054,894 US$/ao

DATOS DE OPERACIN CON RIEGO CONVENCIONAL

Longitud total de vias regadas 17,000 mts

Ancho de via 30 mts

Area total regada 510,000 m2

Consumo actual agua 3,413 m3/da

Horas promedio operacion cisternas 1,531 hrs/mes

COSTO DE REGADO CONVENCIONAL

Costo agua de riego 0.13 US$/m3

Costo agua de riego/da total 437 US$/da

Costo de operacin de cisternas (US$

71.0/hr) 3,624 US$/da

Costo mantenimiento cisternas (US$

30.3/hr) 1.547 US$/da

COSTO TOTAL REGADO MINA 5,608 US$/da

COSTO ANUAL 1'682,409 US$/ao

Ahorro anual estimado

US$ 627,515

Reduccin de costos

estimados Costo Mensual de agua 60%

Costo de operacin cisterna 75%

Costo mantenimiento cisternas 75%

Horas de operacin

promedio 75%

Ahorros adicionales en

mantenimiento de camiones

fuera de carretera

LECCIONES APRENDIDAS

A lo largo de este proyecto , el grupo de estudiantes logra:

o Desarrollar habilidades de investigacin y de trabajo en equipo

para resolver problemas reales.

o Promover una interaccin con profesores de UTEC, empresas

proveedoras locales y extranjeras.

o Mejora en la comunicacin oral y escrita en idioma Ingls.

Este tipo de proyectos son importantes en educacin de la ingeniera.

CONCLUSIONES

La emisin de polvo se incrementa por la sequedad del suelo de

los caminos de acarreo y por el transito continuo de los camiones

OHT.

La medicin de la concentracin de polvo por sensores es el

mejor mtodo para el monitoreo de la emisividad de polvo en

caminos de acarreo.

La medicin de la emisividad de polvo es un buen mtodo para

establecer un benchmarking o nivel de referencia para indicar

cuando conviene regar.

PROCESOS EN ACTUAL DESARROLLO

Adquisicin de sensor medidor (tambin denominado monitor) de

polvo con un rango de lectura mayor .

Definir la posicin ptima del monitor para tomar lecturas

confiables.

Proponer y validar la metodologa para establecer un

benchmarking de la emisividad de polvo en base a las

caractersticas de cualquier mina individual.

Recomendar la inclusin de una camioneta de monitoreo en la

flota de supervisin de mina

Efectuar pruebas de regado de vas con cisternas de ultima

generacin

SIGUIENTES PASOS

Desarrollar el mapeo de emisividad de polvo de una mina

mediante el registro en tiempo real de la data tomada por la

plataforma mvil que en la practica es un monitoreo continuo de

concentracin de polvo

El mapa de emisividad documenta variaciones espaciales de

emisividad a lo largo de cada segmento de va monitoreado

El mapa permite conocer los niveles de emisividad a travs de

todos los segmentos de va siguiendo una secuencia. Los niveles

de emisividad estarn catalogados por un cdigo de colores

Elaborar el mapa requiere sincronizacin con GPS y el registro de

datos

MAPA DE EMISIVIDAD

CONDICIN IDEAL DE LOS CAMINOS

GRACIAS!!!

24, 25 & 26 Junio

2 Julio

Noviembre 2015