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6 casos de innovación tecnológica en minería 🏗️
Innovaciones tecnológicas en el sector de la minería
La minería es un sector desconocido para muchos pero fascinante desde el punto de vista de la innovación abierta o de la innovación tecnológica en minería. Es una industria que aporta materiales fundamentales y cada vez más demandados a medida que crecen sus clientes industriales, incluyendo automoción, la electrónica, energía, la construcción, etc.
Más allá de los retos de seguridad que a uno le puede venir a la cabeza, este sector tiene otros grandes retos de productividad y sostenibilidad. Puedes visitar nuestra página de innovación abierta donde mostramos ejemplos de innovación en ingeniería resueltos por nuestra comunidad.
La presión por aumentar la productividad proviene de la presión competitiva derivada de los vaivenes de los mercados de los minerales. Por ejemplo, en la última década el precio del cobre ha fluctuado entre 4 y 2 USD / libra generando un gran reto en los grandes países productores y sobre todo en aquellos con procesos menos eficientes.
La necesidad de mejorar la sostenibilidad proviene sin embargo de la presión regulatoria derivada de la necesidad de proteger el medio ambiente y a las comunidades en donde opera la minería, por ejemplo protegiendo los acuíferos, la calidad del aire, la fauna autóctona, etc.
Por estas razones y por los enormes volúmenes que se mueven en la minería, la innovación tecnológica en minería toma una importancia enorme para responder a estos retos. Y además en todo el ciclo de vida del proceso minero, tanto en la exploración, la construcción y operación hasta el propio desmantelamiento.
Para entender las dimensiones de la minería, a modo de ejemplo una de las operaciones mineras más grandes en Chile produce aprox. 1.300.000 Tn de mineral al año, moviendo 377.000.000 Tn de material con +70 camiones de extracción. En esta mina trabajan + 6.000 personas y el consumo eléctrico anual es de 3.000.000 de Mwh y el de agua alrededor de 250,000 Tn al día !
La industria está promoviendo la innovación a través de programas como por ejemplo: el “cobre verde” o “green mining” eficientando los procesos de extracción y procesamiento de mineral e introduciendo energías limpias. Otros programas como “safe mining” son iniciativas que intentan, entre otros, alejar a los operadores de las zonas de riesgo de perforación o voladura, introduciendo el control remoto de equipos, sistemas automáticos de transporte, etc.
Ahora bien, muchas de estas innovaciones son difíciles de resolver debido a la complejidad en sí misma de los desafíos y al avance tecnológico (y su coste). Como ejemplo, cuando ennomotive aterrizó en Chile a principios de 2017 nos encontramos que había muchos retos que se intentaban resolver sin éxito año tras año.
Presentamos aquí algunos casos interesantes de innovación abierta en minería. Estos casos demuestran que es posible resolver los desafíos complejos de la minería utilizando un proceso completamente abierto con una dimensión global y transversal a la industria involucrando a solucionadores de todo tipo:
- Freelancers
- PYMEs
- Centros tecnológicos
- Académicos
- Ingenieros de otras empresas
1. Innovación tecnológica en minería: Aumentando la productividad del chancador mediante pernos chancables
Pernos en la pared de un túnel
El chancado es un proceso clave en las operaciones mineras. Para mantener una alta producción de mineral, el chancador debe funcionar ininterrumpidamente. Sin embargo, no es tan fácil conseguir que los chancadores mantengan la productividad a todas horas. Debido a paradas inesperadas, las mineras tienen pérdidas de millones de dólares cada año. Además, estas paradas vienen acompañadas de reparaciones urgentes que pueden causar accidentes mortales.
Las paradas suceden por distintas razones y una de ellas son los elementos inchancables. Estos elementos se usan aguas arriba del chancador y tienen una gran resistencia al corte: dientes de pala, piezas metálicas para el refuerzo, pernos de acero, etc. Las empresas no han dejado de invertir esfuerzos y dinero para detectar y eliminar estos inchancables pero el problema persiste.
Sin embargo, Codelco Tech y ennomotive aplicaron un enfoque diferente para evitar paradas a causa de los pernos de acero usados en minería subterránea. Dicho enfoque consistía en eliminar el problema de raíz rediseñando los inchancables y convirtiéndolos en chancables.
En noviembre de 2017, Codelco Tech, la filial de Codelco enfocada en el desarrollo tecnológico, decició lanzar un desafío con ennomotive para encontrar o desarrollar un perno que eliminara las paradas en chancadores.
Como resultado, a través de una innovación 100% abierta a otros países e industrias, se desarrollaron 5 nuevos pernos con nuevas geometrías y materiales no metálicos en un tiempo récord. La solución ganadora fue diseñada por dos hermanos de Serbia, Petar y Milutin. Las soluciones incluían pernos de acero pero con una geometría diferente y otros con materiales no metálicos como el PVC o las "dyneema ropes".
2. Refuerzo de túneles automatizado en proyectos por ‘Block or Panel Caving’
Malla metálica en minería subterránea
Los procesos de construcción y refuerzo de túneles en minería subterránea utilizan maquinaria y herramientas modernas disponibles en el mercado actual. Sin embargo, en proyectos de preparación de mina por “Block o Panel Caving” dicha maquinaria no cuenta con espacio suficiente para operar al mismo nivel productivo.
En agosto de 2018, Mas Errázuriz es una empresa líder en la ejecución de todo tipo de obras asociadas a la industria minera, de energía e infraestructura de mediana y gran envergadura, decidió probar los desafíos de ennomotive para este tipo de proyectos de refuerzo.
Se prepararon de manera conjunta tanto la descripción como las especificaciones técnicas del desafío de innovación para la construcción y refuerzo de túneles: la excavación del túnel y la protección de la sección mediante una capa de shotcrete, la colocación de una malla metálica sobre la capa de shotcrete y su sujeción y refuerzo mediante pernos helicoidales de acero.
Luego de 7 semanas, más de 40 participantes propusieron soluciones diferentes que incluían nuevas herramientas y maquinaria que automatizara el proceso. Se seleccionaron 5 finalistas de España, Portugal, Reino Unido, Sudáfrica y Ucrania y finalmente. La solución ganadora de Portugal se prototipaba para realizar las pruebas en un entorno minero real.
3. IoT para el monitoreo del polvo
Nube de polvo en una fábrica
La reducción de la cantidad de polvo es un desafío clave en ciertos entornos industriales. Su presencia afecta no sólo a la eficiencia de los procesos productivos sino también a la salud de los trabajadores. Por este motivo, las áreas de Salud y Seguridad de las compañías realizan estudios para medir y reducir la cantidad de polvo en zonas abiertas y cerradas en sus instalaciones.
Sin embargo, las tecnologías existentes, como los aparatos de medición de contaminación en ciudades, no funcionan en espacios con altas concentraciones de polvo ya que necesitarían un mantenimiento diario, su instalación no es lo suficientemente flexible y no resiste las condiciones ambientales.
En julio de 2018, uno de nuestros clientes en Europa decidió lanzar un desafío de innovación para desarrollar un detector que midiera las concentraciones de polvo en sus instalaciones, tanto en las minas como en las fábricas de procesamiento.
La solución debía detectar el polvo en un amplio perímetro en torno al aparato de medición. Debía realizar mediciones continuamente de 50 mg/m3 de al menos 500 microg/m3 y hasta 200 mg/m3. 43 participantes, incluyendo a empresas, académicos, freelancers y empleados de otras empresas, participaron en el reto proponiendo soluciones distintas basadas.
Algunas de estas soluciones se basaban en tecnologías existentes y también nuevos tipos de sensores. También participaron 6 startups de países desde Francia, India, Argentina, Chile e Indonesia proponiendo la adaptación de su tecnología. Este reto ha logrado encontrar 3 soluciones potencialmente válidas y distintas, y ahora se encuentra en fase de pruebas, habiéndose desarrollado 3 prototipos distintos para solucionar el mismo desafío y hacer viable la monitorización de polvo en condiciones de uso extremo.
4. Herramientas innovadoras para la operaciones con cintas transportadoras
Cinta transportadora para la minería
En la minería de extracción se manejan grandes cantidades de tierra. Una vez ha sido procesada, se necesita transportar y almacenar la tierra en un espacio útil que no dañe el medio ambiente. Este transporte se lleva a cabo normalmente con cintas transportadoras que pueden llegar a medir 1 Km y que deben desplazarse para un almacenamiento homogéneo.
En abril de 2017, una empresa de servicios de minería pidió ayuda a ennomotive para reducir el tiempo de alineamiento de las cintas transportadoras. Este alineamiento era muy importante porque si no se realizaba correctamente, se generaban micro paradas que afectaban negativamente a la productividad.
La idea consistía en encontrar o desarrollar herramientas que redujeran el tiempo de ajuste de la cinta inicialmente en 12 horas (que podían llegar hasta 25 horas y media). El desafío incluía un mapa del area, descripciones del proceso y de la maquinaria que se utilizaba en ese momento, además de los requisitos técnicos y normas HSE. Tras dos semanas y media, se consiguieron 5 soluciones técnicas que combinaban o ayudaban de manera independiente a reducir el tiempo de alineamiento con un mantenimiento fácil y de bajo coste. Las soluciones incluían herramientas de (GPS, láser, etc.) y procesos basados en los principios Just in Time y SMED.
5. Reprocesamiento de residuos procedentes de relaves mineros
Tailing con residuos de la minería
Uno de los principales problemas de la minería son los residuos que se generan, fruto por ejemplo de procesamientos químicos del mineral. Estos residuos muchas veces se almacenan en relaves de grandes dimensiones con el correspondiente impacto ambiental y riesgos potenciales para las comunidades.
La realidad es que hay un riesgo importante en los países mineros ya que, por ejemplo, en Chile hay más de 700 relaves en todo el país. Por desgracia, en ocasiones ocurren accidentes como el de Brasil provocado por la rotura de una presa de la compañía Vale.
En agosto de 2018, nuestro cliente, una empresa líder en la extracción de materias primas, almacenamiento y producción de derivados quería reducir su impacto medioambiental en los yacimientos mineros reutilizando los materiales de los relaves en un esfuerzo por contribuir a la economía circular.
El objetivo de esta competición era encontrar aplicaciones para estos materiales residuales, algo muy difícil debido a las bajas concentraciones de metales. Esto hace que su reproceso sea casi inviable desde el punto de vista económico.
La idea era también conseguir reutilizar al máximo las granulometrías de los análisis compartidos en el reto. Sin embargo este desafío de economia circular en relaves de minería atrajo un gran interés y tuvo más de 70 participantes. Se propusieron aplicaciones totalmente nuevas y otras ya existentes. Al final, se identificaron 2 oportunidades con potencial para las industrias de construcción y energía, una en fase comercial y otra en prototipo.
6. Sistema de lonas para proteger pilas de minerales
Pilas de minerales
Cerca de las plantas de procesado de minerales se descargan y almacenan materiales procedentes de las minas, en espera de ser procesados. Estos minerales se disponen en pilas de un tamaño considerable, con longitudes de hasta 300 m. u alturas hasta 20 m.
Para proteger los materiales de la lluvia y de fuertes ráfagas de viento, algunas empresas cubren las pilas con lonas convencionales sobre las que se colocan unos pesos. Sin embargo, este método es poco eficiente debido a las grandes dimensiones y peso de las lonas, tiene riesgos de seguridad -- como la necesidad de escalar pilas de 15 m de altura -- y en ocasiones podría no ser viable a causa de las ráfagas de viento.
En julio de 2021, ennomotive publicó un desafío para diseñar un sistema de lonas para cubrir las pilas de materiales, automático o semiautomático, que permitiera poner y quitar las lonas de forma sencilla, permaneciendo sobre las pilas en condiciones de viento desfavorables. Se buscaban soluciones comerciales o completamente nuevas que fueran seguras, viables técnicamente y con una inversión CAPEX inicial, y sobre todo, costes de operación OPEX bajo.
Con más de 100 participantes, incluyendo a ingenieros, empresas y centros tecnológicos, la solución final vino de la mano de Álvaro Medina, un joven ingeniero español con experiencia en el sector automoción. La solución premiada y ahora en proceso de prototipado, replantea completamente el proceso de manipulación de lonas.
Puedes leer más acerca de la innovación tecnológica en minería en este artículo de Mining.com sobre otro desafío organizado por Codelco Tech y ennomotive.
Si quieres conocer otros desafíos de innovación abierta o necesitas mas información sobre alguno de estos casos, ponte en contacto con nosotros.