Factores que afectan productividad y costo en el carguío y transporte
09.02.2021
Los sistemas de carguío y transporte son ampliamente usados hoy en día en las operaciones mineras por su alta flexiblidad para la extracción del material. Los sistemas de transporte y carguío tienen menos restricciones, pero esto no significa que sean económicos. La eficiencia y el costo efectivo de estos sistemas son sensibles a varios factores.
El siguiente artículo trata los principales factores que se deben controlar para optimizar los sistemas de carguío y transporte. Para los ejemplos empleados se usó la siguiente configuración de equipos: una pala de cable eléctrica de 22.9 m3 (29.9 yd3) de capacidad, un camión de 190 toneladas de capacidad y una ruta de transporte de 3.2 km (ida y vuelta) y otros factores típicos de configuración. Las simulaciones fueron realizadas con el software de simulación Talpac.
Los factores son los siguientes:
1. Capacidad del Balde
¿Por qué es importante el tamaño del balde de la pala? La selección del balde de la pala influirá directamente en la productividad de este equipo y en la eficiencia del transporte del sistema en total.
En cuanto al match del número de pases de baldes y tamaño de camiones es necesario utilizar algunas técnicas de simulación para determinar la filosofía de carguío y el tamaño del balde.
En la Figura 1 se muestra un ejemplo de los cambios en el tamaño del Balde de 17 a 28 metros cúbicos y cómo afectan a las productividades de la flota. El caso base se muestra con la línea azul a 22.9 m3 de capacidad, para una productividad de flota de 3.077 ton/hora.
En ocasiones, el match pala/camión es pobre y aparentemente no es ideal, pero esto se explica por la economía de la extracción del material que en ocasiones no es sensible a este match. Por ejemplo, si los camiones son de gran tamaño, entonces el tiempo de carguío es sólo una pequeña componente del ciclo y el match no es relativamente importante. En cambio, si los camiones son de tamaño pequeño, el tiempo de carguío será una componente importante del ciclo y será muy importante tener un correcto match.
• Despachar camiones no totalmente llenos si hay camiones esperando.
En la Figura 2 se muestra el análisis de esta situación, sin variabilidad en el carguío, la pala tiene exacto 4 pases para cargar el camión. En alta producción y bajos costos de carguío se tiene la siguiente filosofía: "Siempre llenar los camiones", la pregunta será ¿cuánto llenar el último pase del balde de la pala? Si los operadores siguen la siguiente regla: "Sólo llenar el balde de la pala por lo menos en un 80% de su capacidad de carga", el efecto que tiene esta regla en este ejemplo será reducir la productividad de la flota por sobre un 2% y crecer en igual valor el costo promedio. Es recomendable para este ejemplo cargar el último pase con un mínimo del 40% y no superar el 50% de llenado del último pase. Sobre el 50% de llenado del balde se incrementará el costo a una tasa sobre 0.6%, en tanto las productividades de la flota decrecerán a una tasa sobre el 0.5%.
• Usar un extra pase para llenar totalmente el camión tiene la potencialidad de reducir la flota en un camión y, en términos económicos modernos, esto efectivamente podrá ocurrir ya que es más eficiente tener a la pala esperando por camiones.
• La eficiencia de las palas es alta cuando ellas ponen más cargas en un camión comparando con las interrupciones de tiempos entre camiones. Para camiones viajando en rutas cortas es ideal tener 3 pases por camión. Aunque la carga del último pase sea baja, ello no producirá necesariamente una disminución en la productividad de la pala.
La regla óptima para un correcto diseño de operación de carguío es la siguiente: "Siempre cargar totalmente los camiones". Sólo habrá algunas excepciones donde el match pala/ camión no será bueno o bien no se aplique esta regla. Por ejemplo, al inicio del turno, cuando es importante tener el sistema funcionando a su máxima capacidad lo antes posible.
2. Match Pala Camión
Los planificadores mineros definen sistemas de carguío y transporte con un número de flota de camiones adecuado, lo que se conoce como "Match pala/camión". Esta correcta combinación se debe determinar con un enfoque económico, analizando los costos promedio ponderados y también los costos marginales.
Las variaciones de flotas de camiones para un mismo sistema de carguío afectan el match pala/camión.
En la Figura 4 se tienen tres alternativas de flotas de camiones de 220, 190 y 140 ton para una pala de cable 22.9 m3 (29.9 yd3). Para la alternativa de camiones de 220 ton la decisión económica es tener una flota de 4 camiones. En el caso de una flota de camiones de 190 ton la decisión ideal es tener 5 camiones, y para la flota de camiones de 140 ton se debe tener 7 camiones. Esto último ilustra las economías de escala que se obtienen en sistemas con equipos mayores, donde la inversión por cada unidad de transporte es mayor, pero además, el número de unidades de transporte disminuye, reduciéndose los costos de operación, para finalmente obtener un costo total menor, y con un número menor de equipos.
3. Metodología de Carguío
La metodología de carguío estará directamente relacionada con el diseño del área de carguío. Si el diseño permite el suficiente espacio para que la pala opere, entonces se aplicará una metodología de carguío en ambos lados. Operando la pala en ambos lados se reducen los tiempos de espera de los camiones y, por ende, la productividad de la flota se incrementa.
La Figura 5 muestra los efectos en la productividad de la flota al trabajar con una pala de cable por un lado o por ambos lados. La flota varía entre 3 hasta 9 camiones. Se observa que al aumentar el número de camiones asignados a la pala, usando ambas metodologías de carguío, crece la productividad del carguío por ambos lados en mayor proporción que la metodología de carguío por un lado.
En el pasado el costo de capital y costo de operación de las palas de cable fue mayor en comparación con los costos de camiones. En esas circunstacias, la mayoría de los sistemas tenían camiones esperando en la cola de la pala y era usual tener flotas de camiones sobredimensionadas. Hoy en día no hay grandes diferencias entre camiones y palas, y llegan a ser menos económicos los sistemas donde hay muchos camiones asignados a una pala. Más bien es usual tener sistemas subdimensionados en camiones, ya que las ventajas del carguío por ambos lados no son siempre mayores.
Las preguntas fundamentales que se deben hacer los planificadores de mina para emplear la metodología de carguío por ambos lados y así entregar guías operativas fundamentadas a la operación son:
• ¿Cuál es el costo marginal de agregar una unidad más de transporte al sistema? El planificador debe comparar sistemas con distintos números de camiones y analizar el efecto del costo marginal por cada unidad de transporte adicional.
• ¿Son las condiciones operativas aptas para utilizar una metodología por ambos lados? Para esta pregunta el planificador debe evaluar si el diseño de la mina permite en el área de carguío operar la pala en ambos lados.
• ¿Cuenta el sistema con camiones suficientes para operar por ambos lados? Si el sistema no suministra los suficientes camiones para operar por ambos lados, entonces por defecto estará operando por un solo lado.
4. Pendiente de Rutas de Transporte
En el diseño de las grandes operaciones mineras uno de los factores importantes es el diseño de las rampas. El planificador debe conocer la tasa máxima de producción de los camiones en las rutas diseñadas. Por lo general, el 50% del total de tiempo de viaje en las rutas empleadas por los camiones es producto de los viajes en las rampas principales.
La resistencia a la rodadura es la fuerza de fricción que ocurre entre los neumáticos del camión y la superficie de la ruta. Esta fuerza de fricción es directamente tangente a los neumáticos del camión. La resistencia a la rodadura se expresa en un porcentaje de la componente del peso del camión que es normal (perpendicular) a la ruta. La componente normal del peso del camión cambia de acuerdo a las variaciones de pendiente de la ruta y de las variaciones de la carga del camión. Además, la resistencia a la rodadura cambia respecto a las condiciones de la superficie de la ruta.
En la Figura 7 se muestran las variaciones en la productividad de un camión frente a las variaciones en la resistencia a la rodadura de la rampa prinicipal de 10% de pendiente. El caso base tiene una resistencia a la rodadura de 2.0% con una productividad de camión de 772.7 ton/ hora. El aumento de la resistencia a la rodadura del caso base en un 25%, teniendo un valor de 2.5%, genera una reducción del 0.4% en la productividad del camión. En tanto, un aumento del 75%, teniendo un valor de resistencia a la rodadura de 3.5%, disminuye la productividad del camión en 0.8%. En cambio, si decrece la resistencia a la rodadura en un 25% (Resistencia de 1.5%) la productividad camión se incrementa positivamente en un 0.23%.
Conclusiones
•Los sistemas de carguío y transporte son ampliamente usados hoy en día en la minería mundial de rajo abierto por su alta flexibilidad, pero se debe analizar una serie de factores que permiten optimizar los recursos y reducir así los costos totales.
•Los factores que afectan un buen funcionamiento de los sistemas de carguío y transporte deben ser comprendidos a cabalidad por los planificadores de mina tanto en su impacto económico como en la factibilidad técnica de su aplicación de acuerdo a las condiciones operativas de la mina.
•El buen manejo de estos factores y la entrega de guías operativas claras a la operación, permite a los planificadores de mina brindar mejores soluciones técnico económicas para los planes de corto, mediano y largo plazo.
Fue publicado en la Revista de Minería Chilena.
