Fiabilidad aplicada a Ventiladores Secundarios en Minería

Este artículo fue escrito por Emerson Carlos Assunção Sanches, cuyo fallecimiento ocurrió el 27 de septiembre de 2024. La publicación de este trabajo representa un homenaje póstumo a un profesional brillante, mentor y amigo que contribuyó enormemente al éxito de FanTR desde sus inicios.
Ingeniero mecánico y maestro en Mecatrónica por la UFBa, Emerson tuvo una amplia experiencia en el mantenimiento de equipos rotativos desde 1978 y en ingeniería de confiabilidad desde 2009. Formado en Ingeniería de Confiabilidad en Reliasoft/Compass, aplicó su experiencia en grandes industrias como plantas de cemento y minería, y fue profesor en Cimatec, donde impartió clases en programas de pregrado y posgrado. Su dedicación y excelencia han dejado un legado que continuará inspirando a los profesionales del sector.
 

1.INTRODUCCIÓN

Los ventiladores secundarios utilizados en minas subterráneas son elementos fundamentales para la operación y el avance de la explotación en la minería subterránea. Se trata de equipos críticos y, de los mismos, se requieren campañas operativas continuas, sin fallos y que entreguen el flujo y la presión de aire requeridos.

Estos equipos suelen estar instalados en la parte superior de la galería, lo que dificulta que el personal de mantenimiento -mecánicos, engrasadores e inspectores predictivos- pueda acceder a ellos y realizar su trabajo para mantenerlos en funcionamiento. (Figura 1)

Figura 1 - Ventilador FanTR instalado en el techo de la Mina

Debido a esta dificultad, unida a la estrategia de mantenimiento de algunas Minas, estos equipos funcionan hasta el fallo "run to failure" y, como resultado, algunos componentes se dañan hasta un grado que no pueden recuperarse, lo que provoca tiempos de inactividad más largos del equipo y costes elevados.

Mientras que otras Minas han tomado la decisión de llevar a cabo programas de revisión programada, Mantenimiento Preventivo, retirando los equipos antes de que fallen y sustituyéndolos por equipos recuperados y probados. Esta política reduce el tiempo de inactividad operativa y el coste de reparación de los equipos retirados.

Hay Minas que han adoptado el monitoreo del estado mecánico del ventilador y han incluido un sistema de lubricación automática para los cojinetes del motor eléctrico del ventilador.

En estos casos, el ventilador ofrece una mayor disponibilidad, pero al mismo tiempo se retira en el momento adecuado, evitando daños mayores a sus componentes, y con un programa de sustitución ajustado a las condiciones operativas.  Los costes de reparación y el tiempo de inactividad operativa se reducen al mínimo.

Este artículo, centrado en la Fiabilidad de Equipos y Sistemas, pretende ayudar al personal de operación y mantenimiento de las Minas que se encuadran en los dos últimos casos tratados en el párrafo anterior y motivar a los que se encuadran en el primer caso a revisar su estrategia actual.

2. EL VENTILADOR SECUNDARIO

      Los Ventiladores Axiales FanTR utilizados en la ventilación secundaria en Minería suelen estar formados por los siguientes componentes básicos, que se muestran en la Figura 2:

1. Conjunto giratorio:

• Motor eléctrico;
• Centro neurálgico (fijado al eje del ME);
• Disco/anillo (fijados al centro neurálgico);
• Elementos de fijación, tornillos y tuercas (centro neurálgico, disco y anillo, aspas partidas);
• Cojinetes partidos
• Cojinete partido de aluminio (rotores de tipo cojinete);
• Aspa, de material compuesto de fibra de vidrio, recubierta en el borde de ataque con cinta de acero inoxidable;
• Spinner (cuando exista).

1. Conjunto Estático:

• Carcasa metálica;
• Atenuador de Ruido;
• Elementos de fijación, tornillos y tuercas;

Figura 2 – Conjunto de Ventilador típico

Tipos de Rotores

  FanTR incluye sensores de vibración y temperatura en estos ventiladores, así como un sistema de inyección de grasa lubricante, cuando no hay negativa del cliente.

3. LA PROPUESTA

3.1 El régimen y el entorno de trabajo del ventilador.

A lo largo de los años visitando algunas Empresas Mineras ubicadas en Bahía y Sergipe, donde prestamos apoyo técnico, hemos encontrado algunos regímenes de trabajo de estos ventiladores, así como algunas condiciones del entorno operativo con algunas características propias.

A continuación enumeramos estas condiciones:

I. Funcionamiento continuo 24 x 7 días;

II. Funcionamiento continuo de lunes a sábado, pero no los domingos.

Nota: No se encontraron Minas que adopten una campaña operativa definida, el período acordado entre funcionamiento, mantenimiento y área comercial, para que los equipos de la Mina estén disponibles para el mantenimiento preventivo. Durante este periodo, la Mina o el frente de la Mina no produce.

En cuanto al entorno de trabajo de los ventiladores secundarios, se encuentran humedad/gotas de agua, particulados en suspensión, procedentes de las detonaciones y del funcionamiento del frente de explotación de la Mina y de los gases de combustión. Estos elementos afectan la vida útil de los componentes del ventilador, especialmente las aspas.

También hemos identificado algunas condiciones asociadas al tráfico de camiones y a la manipulación del ventilador, que dañan la estructura del ventilador, pero como entendemos que se trata de sucesos aleatorios asociados al proceso de la Mina, no los trataremos en este artículo, pero pueden tratarse en el entorno de la Fiabilidad Humana.

3.2 Fallos y componentes críticos

A lo largo de los años de supervisión de conjuntos, mantenimiento, inspecciones y análisis de fallos, ha quedado claro que algunos componentes de los ventiladores secundarios son más críticos que otros cuando se trata de fallos.

Hemos identificado:

1. Los cojinetes de rodamientos del motor eléctrico;
2. Las aspas;
3. Los atenuadores de ruido;
4. Elementos de fijación de acero al carbono;
5. Elementos de la carcasa;

Teniendo en cuenta estos componentes de los ventiladores secundarios, se realizó una estimación de la vida útil de cada uno de ellos, que se muestra en la Tabla 1.

4. PLAN DE MANTENIMIENTO/INSPECCIÓN

4.1 Recomendación sobre Fiabilidad

Lo que queremos, en términos de Fiabilidad, es que el ventilador secundario no falle durante el periodo de campaña previsto, afectando al programa de producción y aumentando los costes de mantenimiento.

Para ello, la base de datos de registros de inspección y mantenimiento se convierte en el punto de partida para establecer la periodicidad y el alcance de la intervención.

En ausencia de una base de datos de este tipo, se deben realizar, entre campañas, paradas programadas o generales, y obligatoriamente realizar inspecciones de los componentes críticos, como elementos de fijación, cuerpo del aspa, cojinetes y el estado general de la carcasa con el fin de evaluar el nivel de degradación de cada componente y definir así la nueva periodicidad de inspección/intervención.

4.2 Plan de Mantenimiento/Inspección (Tabla 1);

Las recomendaciones contenidas en los Planes de Mantenimiento/Inspección son actividades de Inspección Programada, aprovechando las intervenciones Preventivas y las actividades de monitoreo de condiciones, dentro del concepto Predictivo.

Tabla 1: Recomendaciones de montaje, mantenimiento e inspección

4.3. Plan de Lubricación;

Considerando que el ventilador no posee sistema de lubricación automática, se deben seguir las recomendaciones de la placa del motor eléctrico (consultar Figura 3), que muestra el rodamiento, la cantidad de grasa en gramos, el tipo de grasa y el tiempo de relubricación, considerando el motor eléctrico en funcionamiento continuo.

La Tabla 2 muestra las recomendaciones para cada TAG de ventilador;

Tabela 2: Dados de lubrificação dos mancais de rolamentos dos ME

5. SUSTITUCIÓN ESTIMADA DE COMPONENTES

  Las informaciones presentadas en la Tabla 3 deben tenerse en cuenta a la hora de recomendar piezas de recambio para los componentes de este tipo de Ventilador.

Tabla 3: Vida útil estimada de los componentes:

*Obs: la durabilidad de las aspas depende en gran medida de las condiciones de la Mina, teniendo en cuenta:

• Nivel/tipo de sólido en suspensión;
• Nivel de humedad del ambiente;
• Proximidad de la operación a las zonas de detonación.

Por lo tanto, se recomienda tener en stock un conjunto de aspas de repuesto del ventilador secundario, ya que se trata de un componente que se suministra en unos 45/60 días.

Los demás componentes, el centro neurálgico, el disco inferior, el anillo superior y los cojinetes partidos, tienen una larga vida útil y requieren inspección en las intervenciones programadas.

6. SUGERENCIAS DE MEJORA

Al principio de este Artículo, se mencionó que muchas Minas han adoptado el monitoreo del estado de los ventiladores, instalando sensores de transmisión "bluetooth" en los cojinetes de los motores eléctricos. Estos sensores captan y transmiten la vibración en 03 direcciones y la temperatura del lugar instalado, manteniendo el almacenamiento durante un cierto tiempo. El sistema que capta estas señales pueden ser teléfonos móviles y tabletas, colocados a distancias inferiores a 10 metros del lugar del sensor.

FanTR entiende que estos ventiladores secundarios pueden tener avances, no solo en el rendimiento del equipo, así que ha estado trabajando con los clientes para insertar el ventilador en el control de demanda en el frente de la Mina, de forma automatizada, y así ajustar el consumo de energía para el punto de funcionamiento de la galería de la Mina.

7. CONSIDERACIONES FINALES

La necesidad de hacer funcionar los ventiladores secundarios durante períodos más largos, reduciendo los costes de mantenimiento y de consumo de energía eléctrica, ha motivado a las Minas a implementar estrategias de mantenimiento adecuadas a sus campañas y modernos sistemas de monitoreo y control, adecuando estos equipos a las condiciones operativas de la Mina.