Los vehículos todoterreno son equipos muy utilizados en la industria minera. El correcto mantenimiento y supervisión de estas máquinas es esencial si se quieren alcanzar óptimos niveles de productividad.
Una de las técnicas aliadas para la correcta inspección y mantenimiento predictivo de estos equipos es el análisis de vibraciones. Sin embargo, los métodos tradicionales de recolección de vibraciones en vehículos todoterreno pueden conllevar una serie de riesgos para los empleados. Dicho esto, Vale Carajás buscó soluciones que aportasen seguridad, calidad de análisis y, en consecuencia, aumentasen la fiabilidad y disponibilidad de este tipo de activos.
A pesar de toda la robustez que caracteriza a este tipo de equipos, que se diseñan precisamente para trabajar con cargas muy pesadas o con movimientos bruscos, mantener este tipo de activos en buenas condiciones de funcionamiento puede ser todo un reto. Debido a las cargas a las que están sometidos y al entorno al que están expuestos, las posibilidades de que se produzcan daños estructurales, en la suspensión o incluso en sus componentes rotativos, son elevadas.
Dentro de los componentes giratorios, se requieren inspecciones a determinados intervalos para garantizar la salud del activo en su conjunto, así como la seguridad de las personas que los manejan. En cuanto a la supervisión del estado de funcionamiento, el análisis de vibraciones es una de las técnicas más extendidas y eficaces para detectar posibles fallas y se utiliza ampliamente en este tipo de activos.
En el contexto de la Mina de Carajás de Vale, ubicada en el estado de Pará, en términos de recolección de datos vibracionales de estos equipos, algunos desafíos formaban parte de la rutina diaria del equipo de inspección:
1) Dificultad de acceso
La estructura de un vehículo todoterreno, ya sea camión, excavadora, perforadora o cualquier otro tipo, suele ser bastante cerrada y protegida, buscando la propia robustez del equipo, sin olvidar que algunos puntos de inspección de esas máquinas se encuentran en altura. Todo ello dificulta el proceso de recolección manual de datos, por lo que suele dejar puntos inaccesibles para la recolección de datos.
2) Exposición a riesgos
Debido a las cuestiones mencionadas en el punto anterior, además de otros factores, así como el tránsito de grandes equipos, la actividad de inspección puede exponer a los inspectores a riesgos.
3) Equipo en funcionamiento
Para el monitoreo basado en la condición (CBM) a través de técnicas como el análisis de vibración, el equipo debe estar en funcionamiento. Esta necesidad aumenta los riesgos y las dificultades para los inspectores que efectúan la recolección de datos.
Ante esta situación y los retos citados, el Equipo de Supervisión del Mantenimiento Predictivo de Vale Serra Norte invirtió en innovación tecnológica para mejorar el proceso de inspección, con el objetivo de aumentar la seguridad y la fiabilidad de los equipos.
Proyecto e implementación
A continuación, se abordará el proyecto de implantación de esta modernización en la recolección de datos en la Mina de Carajás.
I. Instalación de sensores inalámbricos y recolección vía App
Las primeras iniciativas tuvieron lugar en camiones todoterreno, con la instalación en varios componentes, especialmente ruedas motorizadas. En este componente, antes, el procedimiento de recolección de vibraciones se hacía manualmente y fuera de línea, involucrando a 5 profesionales de diferentes áreas.
El vehículo tenía que parar para que un profesional pudiera acceder al camión y retirar el piñón de la rueda. Un proceso complejo y con riesgo de accidentes. Después de la retirada del piñón, todavía era necesario desmontar la carcasa de la rueda motorizada. Sólo después de este procedimiento sería posible acoplar el acelerómetro a la rueda e iniciar la recolección de datos.
Muchos de estos procedimientos, además de ser inseguros, generaban la necesidad de parar el vehículo. En el proceso de inspección de las ruedas de motor, por ejemplo, la inspección mantenía el equipo parado por cerca de 2 horas o más, generando impactos en la producción.
Impulsado por los valores «Obsesión por la seguridad y gestión de riesgos», el equipo de Mantenimiento Predictivo identificó oportunidades de mejora y buscó perfeccionar este proceso de recolección. En colaboración con Dynamox, la solución encontrada fue el uso de sensores inalámbricos de vibración y temperatura, permitiendo la recolecta de datos de forma remota.
En el caso de la rueda motorizada, el dispositivo se fija en el interior de la rueda y almacena los datos de vibración y temperatura en su memoria interna. Además, con una periodicidad definida para cada camión, el inspector recoge los datos que se guardan en la memoria interna del dispositivo, además de obtener un espectro de vibraciones en una condición estable y conocida.
Esta condición conocida se produce colocando el camión a una velocidad continua durante una trayectoria corta. En ese momento, con una tableta, el inspector realiza la conexión con los sensores instalados en las ruedas, a una distancia segura.
También se instalaron sensores en otros equipos y locales, entre ellos: perforadoras, cargadoras y excavadoras, en los más diversos componentes – motores, compresores, bombas, generadores, alternadores, etc.
Automatización de la recolección de datos
Como siguiente paso, y con el objetivo de eliminar aún más al hombre de campo y automatizar la recolección de datos, Vale empezó a instalar gateways en los vehículos. Los gateways instalados recogen datos por Bluetooth y los envían a través de redes móviles, con un chip de datos colocado en el interior de cada dispositivo. A continuación, se instalaron varios gateways y se alimentaron con la opción de 24 V disponible en los dispositivos. Como resultado, los datos empezaron a llegar por Internet directamente a la plataforma de análisis de Dynamox.
Sin embargo, seguía existiendo otro reto: la repetibilidad de los datos recolectados para su posterior análisis. Los vehículos todoterreno están sometidos a diversas condiciones de funcionamiento (carga, desplazamiento, descarga, mantenimiento, etc.) susceptibles de variaciones incontroladas, como RPM no constantes, aceleración y desaceleración y vibraciones derivadas del desplazamiento.
Todos estos factores dificultan la obtención de mediciones más normalizadas, que tengan cierta repetibilidad y permitan comparaciones en el análisis. En vista de ello, Vale y Dynamox empezaron a explorar opciones para la recolección.
Trigger: dispositivo para optimizar la recolección de datos
En este contexto, se alineó el desarrollo del Trigger, un módulo de hardware utilizado como accesorio del Gateway, responsable de comprender las señales físicas de la máquina para recolectar los datos en el mejor momento posible. El Trigger tiene entradas (en verde) digitales, analógicas y también de red CAN (red de telemetría común en vehículos todoterreno y que lleva consigo varias informaciones útiles de operación).
Este dispositivo se conecta al puerto USB de cada gateway y permite la definición de varias reglas lógicas simples o combinadas para que el gateway entienda cuál es el mejor momento para recoger datos y dispare el comando para realizar espectros en los sensores cuando reconozca este momento.
Los equipos de Vale y Dynamox, tras meses de desarrollo y pruebas conjuntas, apoyándose en varias modificaciones y mejoras, llegaron a esta definición del producto para llegar a resultados como el del siguiente ejemplo:
Antes:
Máquina monitoreada – Camión todoterreno CAT 794
Recolección estándar – Recolección espectral
Repetibilidad de la recolección
Niveles globales de vibración y temperatura cada 5 min.
Después:
Instalando el accesorio en el gateway fue posible configurar la lectura combinada de las siguientes señales: accionamiento del bloqueo de frenos, rotación del equipo y accionamiento de la báscula puente.
Este caso de éxito fue galardonado en la 25ª edición de los Premios a la Excelencia de la Industria Minera y Metalúrgica en el 14º Workshop Opex 2023.
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