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AGENDA
I. Objetivos de los proyectos de investigación de pre-grado en UTEC
II. Proyecto de control de polvo en minas de superficie
a) Introducción
b) Importancia del control del polvo
c) Esquema de desarrollo del proyecto
d) Solución conceptual
e) Fases del proyecto
f) Trabajo de campo
g) Donde estamos y próximos pasos
ESTRUCTURA DE LAS CARRERAS
Ciencias y matemática: 25%
Ingeniería: 50%*
Gestión, humanidades, arte e idiomas: 25%
5 años/ 10 semestres/ 213 Cr
Ho
lístico
*Menciones
Mining operations
Automation
Environment
Mining equipment
Information systems
Mechatronics
Nanotechnology
Minerallurgy
Maintenance management
Manufacturing
DINÁMICA DE UNA CLASE TIPO
Métodos inductivos de aprendizaje:
• Discovery Learning
• Inquiry-Based Learning
• Problem-Based Learning
• Project-Based Learning
• Case-Based Teaching
• Just-In-Time Teaching
Motivación de la clase
“WOW”
Comprensión del
contenido
Sistematización del
contenido
Evaluación,
actividades post,
reflexión
30 minutos 10 minutos 10 minutos
70 minutos 15 minutos 15 minutos
GENERACIÓN 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)
Año 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 utilización del agua en el
regado de los caminos de acarreo por la
implementación de un sistema de monitoreo de
emisión de polvo
BENEFICIOS E IMPORTANCIA
El control del polvo es un problema a nivel mundial en
minas y canteras
El agua y la energía 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
producción
Obtener y mantener las licencias para operar
Explorar y explotar nuevos depósitos
HIPÓTESIS PLANTEADAS COMO RETOS
1. La emisión de polvo es producto de:
o El nivel de sequedad de la superficie de rodado de la vía de acarreo
o Sus variadas características geológicas y
o La degradación progresiva de su composición granulometría por el
tránsito continuo de los grandes camiones pesados de transporte
2. La medición de la emisividad de polvo:
o Puede ser el mejor KPI para establecer un punto de referencia para
identificar los segmentos de vía que necesitan riego
o También la señal para movilizar la flota de camiones de riego
(Cisternas)
3. Esta misma metodología puede:
o Ser utilizada para medir el período 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
Definición del problema
Fase #2
Solución conceptual
Fase #3
Pruebas en campo,
validación y conclusiones
FASE 1 - DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Estado del arte
• Sistemas de control de polvo con regado de agua en base a
supervisión visual
• Alto consumo de agua
• Sistema de regado ineficientes
• Accidentes e incidentes por presencia de polvo
• Ciclos de transporte mas extensos por mala condición de
caminos y presencia de polvo
• No existe monitoreo de condición de caminos
Fase #1
Definición del problema
Fase #2
Solución conceptual
Fase #3
Pruebas en campo,
validación y conclusiones
FASE 1 - DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Polvo fugitivo en caminos
de acarreo
Propiedades de los suelos (Humedad)
Transporte
Remediación usual
Clima
CRITERIOS DE ÉXITO
Mínima emisión de polvo
Mejor condición de caminos
Mayor rendimiento de camiones OHT
Tons/hora
Menos accidentes
Costo/Hora
+ Productividad
- Operación &
- Mantenimiento
+ Seguridad &
Ambiente
Mínimo consumo de agua
INDUCCIÓN A ESTUDIANTES
Curso corto: Introducción a la minería
Estado del arte
Revisión de bibliografía 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
Revisión de legislación sobre control de polvo en
minas
UTEC – PROYECTO DE SOLUCIÓN
• Revisar toda la bibliografía posible referida a monitoreo de polvo
• Establecer un plan de desarrollo para el monitoreo
• Definir validación de solución conceptual. – Requerimientos del
monitoreo de polvo • Basada en data medida
• Instalado en un vehículo (plataforma móvil)
• Monitoreo de polvo basado en emisividad – Colector de polvo
(gravimétrico)
– Medidor de concentración de polvo
• Pruebas de campo – Cantera de cemento
– Mina de Cobre, tajo abierto
• Resultados – Requerimientos de monitoreo
actualizado
– Selección del mejor sistema
FASE 2 – SOLUCIÓN CONCEPTUAL
Fase #1
Definición del problema
Fase #2
Solución conceptual
Fase #3
Pruebas en campo, validación y
conclusiones
De • Un enfoque reactivo poco
sistemático
A • Una practica sistemática y
preventiva
FASE 2 – SOLUCIÓN CONCEPTUAL
Fase #1
Definición del problema
Fase #2
Solución conceptual
Fase #3
Pruebas en campo, validación y
conclusiones
Mantener buena condición de camino con mínimo consumo de agua
Monitoreo de emisión de polvo para identificar segmentos que
requieren regado. Se elaborara un mapa interactivo de ubicación de
estas zonas. El índice de emisividad será 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 será monitoreado en base a la capacidad de
emisión de polvo de una vía tratada con este aditivo
FASE 2 – SOLUCIÓN 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 emisión del polvo en diferentes condiciones de sequedad o humedad de la superficie de rodado de las vías
Se riega
cuando es
necesario
EXPLORANDO MÉTODOS DE MONITOREO
Monitor móvil con sensores para medir concentración de polvo Método
gravimétrico
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
Difracción por Laser
Colector de polvo
Sensor de ultrasonido
Scanner de área
Mapeo satelital
METODOLOGÍA DE MONITOREO
Toma de muestras
• Dispositivo de monitoreo en vehículo (Plataforma móvil)
• Medidor de concentración de polvo a bordo
Registro y
Análisis
• Registro de data de muestras tomadas en intervalos de tiempo
• Registro incluye la locación de los segmentos de vía medidos
Bench mark
• Se establece criterio para fijar el máximo nivel permisible de concentración de polvo
• En base a lo anterior se determina el benchmark para cada mina
Plan de acción
• Se recomienda un programa de trabajo diario/mensual/anual para el vehículo 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 vía.
Procesamiento de muestras en
laboratorio es requerido
Monitor de concentración de polvo
Instrumento para medición en tiempo real
DusMate (Instrumento comercial)
Dispositivo no ha sido aun probado para
medir emisividad desde una plataforma
móvil y menos para aplicaciones en
caminos de acarreo.
MONITOREO DE POLVO CON INSTRUMENTOS
Dado que no hay un patrón o estándar para la medición de la emisividad de
polvo, vimos la oportunidad de introducir el concepto de emisividad basado en
la concentración de polvo medido por una herramienta de monitoreo que da
lecturas en mg / m3 de polvo en suspensión generado por un neumático de
cualquier vehículo que transita en caminos de acarreo
Definición de índice de
emisividad de polvo
Longitud de vía
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 ÓPTICO
-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 VALIDACIÓN
Fase #1
Definición del problema
Fase #2
Solución conceptual
Fase #3
Pruebas en campo, validación 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 metodología de monitoreo para aplicar a cualquier
condición operacional.
Seleccionar el dispositivo o equipo de regado mas eficiente
Mayor velocidad de regado
Mayor área regada por litro de agua gastada
Elaborar mapa de emisividad de polvo en base a monitoreo
programado
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 aspersión y
sincronización con velocidad del vehículo
Sistema convencional CAT WDS
• No controla flujo de agua
• Flujo no depende de la
velocidad del vehículo
Flujo controlable
Flujo depende de
velocidad de vehículo
• No hay control sobre los
aspersores Aspersores con control
• Fugas de agua No hay fugas de agua
Bondades adicionales del
sistema CAT WDS
• Patrón de rociado
• Interface de usuario
• Control automático de
agua en base a: ancho de vía vs. cantidad de
agua
EVALUACIÓN DE LAS PRUEBAS DE CAMPO
Condiciones de las pruebas en campo
o Variabilidad del clima incluso en un solo día (Por viento)
o Rampas y curvas de las vías no permiten mantener una
velocidad constante del vehículo de monitoreo
o Lecturas de medición alteradas por alta vibración del vehículo
debido a la rugosidad de la superficie de la vía en algunos
segmentos afecto al colector significativamente
Recomendaciones
o Rangos de lectura de medidores de concentración 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 instalación del colector a
bordo y el suministro inestable de energía no permitieron
obtener lecturas confiables
o La alta vibración del vehículo de monitoreo afecta el ensamble
del colector a bordo.
Lecciones aprendidas
o Se descarto el colector para continuar con el proyecto. Sirvió
para confirmar que es posible medir la emisividad de polvo.
RESULTADOS CON EL SENSOR ÓPTICO
Principales observaciones
o Gran variabilidad de la lecturas
o Limitaciones del sensor para obtener el rango de lectura de
concentración de polvo
Lecciones aprendidas
o Se confirmo la validez del concepto de emisividad en diferente
calidad de suelo de las vías.
o Se descarto el sensor óptico y se requiere continuar con un
monitor de concentración de polvo de mayor rango de lectura
(10 -30 mg/m3)
o Se requiere autonomía en suministro de energía al monitor.
Una batería ion-litio recargable con capacidad para un periodo
de 4 horas es suficientE
COSTO DE REGADO CON AGUA MINA A TAJO ABIERTO
DATOS DE OPERACIÓN DE OPERACIÓN 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/día
Horas promedio operacion cisternas 120 hrs/mes
COSTO DE REGADO CON MONITOREO Y ADITIVOS
Costo agua de riego 0.13 US$/m3
Costo agua de riego/día total 31.00 US$/día
Costo de operación de cisternas (US$
71.0/hr) 254 US$/día
Costo mantenimiento cisternas (US$
30.3/hr) 108 US$/día
Costo aplicación aditivo y monitoreo 3,123 US$/día
COSTO TOTAL REGADO MINA 3,516 US$/día
COSTO ANUAL 1'054,894 US$/año
DATOS DE OPERACIÓN 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/día
Horas promedio operacion cisternas 1,531 hrs/mes
COSTO DE REGADO CONVENCIONAL
Costo agua de riego 0.13 US$/m3
Costo agua de riego/día total 437 US$/día
Costo de operación de cisternas (US$
71.0/hr) 3,624 US$/día
Costo mantenimiento cisternas (US$
30.3/hr) 1.547 US$/día
COSTO TOTAL REGADO MINA 5,608 US$/día
COSTO ANUAL 1'682,409 US$/año
Ahorro anual estimado
US$ 627,515
Reducción de costos
estimados Costo Mensual de agua 60%
Costo de operación cisterna 75%
Costo mantenimiento cisternas 75%
Horas de operación
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 investigación y de trabajo en equipo
para resolver problemas reales.
o Promover una interacción con profesores de UTEC, empresas
proveedoras locales y extranjeras.
o Mejora en la comunicación oral y escrita en idioma Inglés.
Este tipo de proyectos son importantes en educación de la
ingeniería.
CONCLUSIONES
La emisión de polvo se incrementa por la sequedad del suelo de
los caminos de acarreo y por el transito continuo de los camiones
OHT.
La medición de la concentración de polvo por sensores es el
mejor método para el monitoreo de la emisividad de polvo en
caminos de acarreo.
La medición de la emisividad de polvo es un buen método para
establecer un benchmarking o nivel de referencia para indicar
cuando conviene regar.
PROCESOS EN ACTUAL DESARROLLO
Adquisición de sensor medidor (también denominado monitor) de
polvo con un rango de lectura mayor .
Definir la posición óptima del monitor para tomar lecturas
confiables.
Proponer y validar la metodología para establecer un
benchmarking de la emisividad de polvo en base a las
características de cualquier mina individual.
Recomendar la inclusión de una camioneta de monitoreo en la
flota de supervisión de mina
Efectuar pruebas de regado de vías con cisternas de ultima
generación
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 móvil que en la practica es un monitoreo continuo de
concentración de polvo
El mapa de emisividad documenta variaciones espaciales de
emisividad a lo largo de cada segmento de vía monitoreado
El mapa permite conocer los niveles de emisividad a través de
todos los segmentos de vía siguiendo una secuencia. Los niveles
de emisividad estarán catalogados por un código de colores
Elaborar el mapa requiere sincronización con GPS y el registro de
datos