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Motores de maquinaria minera estan protegidos contra el polvo con nueva tecnología

Las minas de todo el mundo han estado tratando de sudar sus activos, aprovechando al máximo las flotas existentes. Pero una gran parte de esto también es minimizar el tiempo de inactividad relacionado con el mantenimiento no planificado. Y aquí todavía hay ventajas por hacer con nuevas innovaciones: una de las que acaba de lanzarse comercialmente es el sistema de protección activa del motor DustGuard ™. Jason Green, presidente y director de tecnología de la empresa recién formada DustGuard ™, dijo a IM que se trata de una “nueva tecnología revolucionaria que proporciona protección en tiempo real contra daños en el motor por la entrada de polvo”.

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DustGuard ™ analiza el aire de inducción del motor utilizando sensores ópticos en tiempo real y tecnologías inteligentes para identificar partículas dañinas y alerta a los operadores y supervisores de mantenimiento remoto sobre condiciones inseguras. Previene el desgaste prematuro del motor y los daños catastróficos y ahorra dinero a los operadores al evitar el tiempo de inactividad de la máquina y la pérdida de producción.

Antecedentes del desarrollo

Pero, ¿de dónde vino el catalizador para desarrollar DustGuard ™? “En realidad, quitar el polvo, como se le conoce en el mundo de la minería, es un problema importante de la industria, y es básicamente una palabra coloquial que cubre la entrada de polvo y suciedad a los motores. Hemos hablado con numerosos clientes mineros potenciales sobre este tema y llegamos a saber que para la mayoría de las grandes minas subterráneas y de superficie, este tipo de eventos eran relativamente comunes en los camiones de acarreo, pero también en las topadoras, perforadoras de voladuras, cargadoras, palas y otras unidades, cualquier máquina. que pasan mucho tiempo en nubes de polvo. Un número típico es la pérdida de uno a cinco motores por año debido a la eliminación de polvo, lo que equivale a millones de dólares en costos de hardware sin mencionar la pérdida de producción “.

Daños en el turbo del motor debido a la formación de polvo

Green dice que la forma en que el polvo siempre se ha abordado y en gran parte todavía es a través de una simple inspección visual de los conductos, abrazaderas, mangueras turbo, etc., durante el mantenimiento preventivo, como durante los cambios de filtro de aire. Pero la forma principal ha sido a través del análisis de aceite, donde el polvo se muestra como un pico en la sílice del motor que absorbe el polvo ambiental. “La limitación de estos enfoques es que, para cuando lo descubra, si se trata de un problema grave de entrada de polvo, es posible que ya sea demasiado tarde; el daño ya está hecho”. Un pequeño problema de polvo reducirá la vida útil del motor, mientras que una entrada importante puede provocar una falla en cuestión de horas.

Lanzamiento de instalación en camión 930E en mina a cielo abierto en Wyoming

Entonces, como empresa innovadora e independiente basada en ingeniería, DustGuard ™ pensó que podría venir con una solución basada en sensores para identificar si el aire de combustión se había visto comprometido y mencionó el proyecto a varios clientes mineros en regiones como China, EE. UU., América Latina y Australia. “La reacción universal que obtuvimos fue que si puedes resolver el problema, lo compraremos”. Estaba claro que era un problema generalizado para la mayoría de las minas de roca dura y actualmente se toma como un golpe aceptable perder una cierta cantidad de motores por año debido al desempolvado como un ‘costo de hacer negocios’.

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Entonces, ¿por qué no es algo que están abordando los fabricantes de equipos originales de camiones mineros o motores de minería? “El enfoque del OEM ha sido optimizar las tecnologías de filtración de aire y diseñar sistemas de aire de inducción más robustos para asegurar un suministro de aire limpio a sus motores. Pero una vez que estas máquinas están funcionando en el entorno de minería, los problemas pueden surgir y surgen tanto de daños a los componentes del sistema de inducción como de errores humanos durante los procedimientos de mantenimiento “.

Hoy en día, las actitudes están cambiando: las minas tienen que ver con la sostenibilidad, las auditorías de eficiencia y el ahorro de cada dólar de las prácticas mejoradas, incluidas las relacionadas con el mantenimiento, como el análisis en tiempo real con telemática de mantenimiento preventivo y similares. Todo para que las máquinas sigan funcionando durante más tiempo.

Por último en el mercado, ¿quién es el cliente de DustGuard ™? “Podría ser la propia mina, el contratista o la empresa de servicios local. Además, la minería no es el único mercado potencial: el desarrollo ha comenzado en la minería, pero las versiones también estarán disponibles para maquinaria con motores que operan en otros entornos desafiantes, como agricultura, generación de energía eléctrica, silvicultura, construcción, reciclaje de residuos y fundición. Algunos de ellos necesitarán versiones diferentes, ya que utilizan motores de menor potencia “.

El problema y la solución tecnológica

El dióxido de silicio (SiO2) es uno de los minerales más duros que se encuentran en la naturaleza. La ingestión de pequeñas cantidades de partículas de SiO2 puede causar un rápido desgaste y daño del motor, ya que las partículas son más duras que los metales típicos del motor. Los entornos operativos de minería severos pueden tener polvo de hasta un 70% de SiO2. Las partículas en el rango de 2 a 22 micrones representan el mayor riesgo para las camisas de cilindros, anillos y pistones. Este rango se conoce como el ‘Tamaño de partícula crítico’ debido a su tendencia a alojarse en la capa de película de aceite entre los revestimientos y los segmentos del pistón. “Debido a la extrema dureza de las partículas de SiO2, los metales se degradan rápidamente por abrasión mecánica y pérdida de lubricación hidrostática. Dependiendo de la gravedad de la fuga del sistema de inducción y de las condiciones ambientales del polvo, el daño puede ocurrir en cuestión de minutos ”.

Cylinder-Walls
Daños en las paredes del cilindro por la entrada de polvo

Green le dijo a IM que DustGuard ™ interactúa con el sistema de inducción de aire del motor que analiza hasta cuatro entradas de muestras de aire discretas para permitir la determinación de la ubicación de entrada de polvo para motores con múltiples turbocargadores / conductos de admisión. Las muestras de aire se analizan utilizando tecnologías de dispersión de luz láser utilizando sensores reforzados para entornos severos. DustGuard ™ determina el tamaño, la cantidad y la concentración de partículas para cada muestra tomada y utiliza algoritmos avanzados para el análisis de datos en tiempo real y la determinación de condiciones inseguras. Las alarmas en la máquina y remotas se utilizan para alertar a los operadores y al personal de supervisión. Estas alarmas se clasifican:

  • Alerta de prealarma: indica una pequeña fuga en el sistema de inducción y el riesgo de desgaste o daños por un funcionamiento prolongado
  • Alerta de alarma: indica una gran fuga del sistema de inducción y un riesgo inminente de daños graves en el motor o fallas catastróficas
  • Alerta de falla: indica que se requiere el servicio de error del sistema DustGuard ™.

También se puede usar para la activación de indicadores o alarmas de terceros e incluso se puede usar para apagar máquinas no tripuladas a través de una conexión al solenoide de “parada de combustible” o al panel de control del motor.

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Los filtros de aire OEM son <100% eficientes, por lo que siempre habrá una cierta cantidad de trazas de partículas. DustGuard ™ evita las alarmas molestas al permitir que el usuario ajuste la sensibilidad del sistema. También permite a los usuarios personalizar los puntos de ajuste de alarma y prealarma en función de los límites especificados por el OEM, los requisitos específicos de la aplicación y / o los niveles de partículas de “aire limpio” de referencia. El sistema es compatible con sistemas telemáticos de máquinas de terceros que utilizan CAN J1939, Modbus RS485 o Modbus TCP. La telemática DustGuard ™ opcional también puede usar una red celular o satelital (SWARM).

Respuesta a una alarma

Green dijo que en respuesta a una alarma, el operador debe reducir la potencia del motor lo antes posible y detener la máquina en una ubicación o condición segura. Luego, se pueden enviar mecánicos para encontrar y reparar cualquier fuga o fuga del sistema de inducción antes de que se reinicie el motor. “Apagar el motor lo antes posible después de la detección es fundamental para evitar daños, ya que el daño por entrada de polvo es una función del tiempo, la concentración de partículas y la potencia del motor”.

Una de las ventajas del sistema es que tiene un proceso de actualización simple que utiliza habilidades laborales estándar sin necesidad de herramientas especiales. DustGuard ™ se puede instalar durante un servicio de mantenimiento preventivo típico y la configuración y la puesta en servicio solo requieren una computadora portátil o una interfaz de teléfono inteligente. No se requieren modificaciones del motor para la instalación sin necesidad de taladrar, roscar o mecanizar. Las muestras de aire de inducción se toman de puertos preexistentes en el motor o en el enfriador de aire de carga. Los puertos del sensor de presión / temperatura de aire OEM se pueden usar para ubicaciones de muestras de aire y, a menudo, se encuentran disponibles puertos auxiliares. no afecta el rendimiento del motor. DustGuard ™ no requiere interfaz con los controles del motor o de la máquina y solo necesita una fuente de alimentación de 12 o 24 VCC.

Progreso hasta ahora y potencial futuro

Después de dos años de desarrollo que incluyeron pruebas de banco y validación en el motor, el primer sistema DustGuard ™ de especificaciones comerciales se instaló en un camión Komatsu 930E con motor MTU 16V4000 en agosto de 2021 en una operación de minería a cielo abierto en Wyoming, EE. UU. “Esta mina en particular tuvo recientemente una serie de incidentes de motores con polvo, por lo que hubo un interés real en nuestra solución. Desde el punto de vista telemático, nos dieron acceso a su red de malla de radio, lo que nos brinda muy buenas comunicaciones y nos permite coordinar en tiempo real los datos ”. También se instalará un segundo sistema DustGuard ™ en una topadora Cat D11 en una mina de carbón en Australia, mientras que un tercero se instalará en un generador eléctrico de 2 MW propulsado por un motor Cat 3516 V16 en una mina a cielo abierto en Nuevo México. Además de estos proyectos piloto iniciales, la compañía también está trabajando en una demostración más grande de aproximadamente 15-20 motores que accionan varias maquinarias en una gran mina a cielo abierto en Uzbekistán. Otro aspecto interesante de interés del mercado es el de las empresas que operan flotas de AHS. “Estos camiones están funcionando durante períodos más largos sin cambios de turno y no hay un operador a bordo para dar retroalimentación al personal de mantenimiento”.

Finalmente, mirando hacia el futuro, además del sistema DustGuard ™ para la protección del motor, la compañía también está desarrollando un sofisticado sistema de monitoreo de polvo independiente para cabinas de máquinas mineras enfocado en la seguridad del operador. “El producto se llama ‘CabGuard’ y permitirá el monitoreo en tiempo real y la alerta de la calidad del aire de la cabina del operador junto con la temperatura, la humedad, la detección de monóxido de carbono por vibración y el estado de cabeceo / balanceo: la imagen completa de la cabina”. Aquí también hay mucho interés, incluso en las minas que utilizan las últimas cabinas de última generación con presión positiva, donde podría actuar como un indicador de respaldo en caso de una falla en los sistemas de la cabina. Y al igual que DustGuard ™, CabGuard está diseñado para conectividad inalámbrica a través de Bluetooth y WiFi. Además de la capacidad telemática a bordo,

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