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Tecnología del transporte: vehículos eléctricos bajo tierra

Tecnología del transporte: vehículos eléctricos bajo tierra
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Esta vez en tecnología del transporte hemos decidido analizar el sistema de transporte que se utiliza en las excavaciones mineras, tanto a cielo abierto como subterráneas, y los sistemas de transporte que se utilizan en la construcción de grandes túneles de explotación, sin olvidarnos de los cargadores, o grandes palas que se encargan de cargar esos camiones.

Los camiones de acarreo o “dumpers”, y las palas de carga, o simplemente cargadores, van de la mano en las operaciones mineras. Se pueden dividir en varios grupos, dependiendo de su motor, si son de perfil alto o bajo y de su capacidad.

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Cargador Atlas Copco Scooptram EST14

Los cargadores de perfil bajo se utilizan generalmente en túneles o minas subterráneas. Suelen ir acompañados de camiones para acarreo de los materiales a extraer, que suelen ser articulados en operaciones bajo tierra a poca profundidad y rígidos, de mucho mayor tamaño, en extracciones a cielo abierto.

El modelo de camión o dumper a elegir requiere de un estudio minucioso y debe de estar de acuerdo al cargador seleccionado. Los camiones se cargan generalmente por el lateral, por lo que hay que tener en cuenta no solo la altura, sino la anchura de los túneles. Aún así, existen numerosos modelos de camiones rígidos de perfil bajo especialmente diseñados para su trabajo bajo tierra y capaces de subir o bajar rampas con fuertes pendientes.

Una gran parte de la energía que se consume en la minería se atribuye a la carga y al transporte. El suministro de energía es uno de los mayores desafíos a los que se enfrenta actualmente la industria de la minería, ya que las minas de todo el mundo han visto aumentados sus costos y reducida su eficiencia debido a la subida de precios del diesel que alimenta sus equipos.

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Otro de los problemas con los que se enfrenta la minería subterránea es los altos costes de ventilación, que en algunos casos llega a ser del orden del 30% del coste de explotación de una mina. Esta necesidad de ventilación se ve agravada por las emisiones tóxicas de los equipos diesel que tienen que ser evacuadas constantemente.

Entonces podríamos pensar que mediante la sustitución de los equipos diesel actuales por equivalentes propulsados por energía eléctrica, las minas podrían obtener enormes ahorros potenciales al mismo tiempo que mejorarían el medio ambiente, por no mencionar el efecto derivado del aumento de la satisfacción en el trabajo del personal.

Al hablar de eléctricos o híbridos tendemos a pensar en coches. Los híbridos han encontrado su nicho de mercado debido al ahorro de combustible que logran y que siempre va unido a una, no menos importante, reducción de emisiones. También consiguen unos ahorros adicionales en cuanto a tiempo de vida de motor. Los frenos también alargan su vida dado que una buena parte de esta tarea se lleva a cabo por el mecanismo eléctrico de frenada, aportando además energía por su sistema de recuperación de energía.

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De forma natural nos surge entonces la siguiente pregunta: ¿Podemos trasladar esto, a gran escala, a la maquinaria pesada? Afortunadamente, muchos ingenieros se han hecho antes que nosotros esta pregunta, con una respuesta afirmativa, incluso se la hicieron antes que nosotros empezáramos a pensar en coches híbridos o eléctricos.

A pesar de que son unos grandes desconocidos para el público en general, ya hay opciones en el sector de la maquinaria pesada para trabajar con vehículos híbridos y eléctricos. Pero empecemos por los camiones más pesados, por aquellos que más consumen, por los que trabajan en explotaciones a cielo abierto y que son verdaderos monstruos de gran tonelaje. (No os asustéis con las cifras).

Maquinaria para explotaciones a cielo abierto

El camión de dos ejes más grande fabricado hasta la fecha es el Liebherr T282C. Tiene 15,3 m de largo, 9 m de ancho y una altura de 13,3 m con el volquete levantado. Puede transportar hasta 363 toneladas a una velocidad de hasta 64 km/h y su peso en vacío es de 245 toneladas.

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Dumper Liebherr T282C

Posee un motor de 20 cilindros en V de 90.000 cc de cilindrada y que desarrolla 3.650 CV, pero aquí viene lo bueno, la propulsión es híbrida diésel-eléctrica en serie, lo que significa que el motor de combustión no está unido a las ruedas.

El motor diésel hace girar un alternador que produce corriente eléctrica y que se envía a cada uno de los dos motores ubicados en las ruedas traseras. Este sistema ofrece la ventaja sobre uno convencional de que se han eliminado los palieres y la caja de cambios, las partes móviles más problemáticas.

Solo a modo de curiosidad unos datos: su precio es de unos 2,5 millones de euros y cada neumático cuesta 25.000 euros. En su depósito de combustible caben 4.730 l de gasóleo y el ensamblado final del camión se realiza en el lugar donde va a trabajar, dado la imposibilidad de transportarlo de otra forma. Su consumo de combustible está en torno a los 350 l/h de gasóleo.

Este camión Liebherr T282C ya está operativo en distintas explotaciones mineras desde el año 2004, y aunque no es capaz de reducir la carga contaminante al tener que operar siempre con el generador en marcha si supone un ahorro considerable en cuanto a mantenimiento.

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Dumper Komatsu 730E equipado con sistema de catenaria

Pero anteriormente a 2004 otras empresas ya habían empezado a utilizar la electricidad como medio de propulsión para los camiones en la minería. Así, la empresa Komatsu, en el año 1996 desarrolló una serie de camiones híbridos, desde el pequeño Komatsu 730E, con “tan solo” 1.998 CV, hasta el mayor de todos, el Komatsu 960E.

Este Camión dumper Komatsu 960E cuenta con un motor diesel de 16 cilindros y 3.500 CV de potencia con sistema de tracción eléctrica. La diferencia de este dumper con respecto a los demás estriba en que este ofrece la posibilidad de utilizar un sistema de catenaria para mejorar sus prestaciones y reducir los costes de operación.

En el video que podéis ver a continuación se muestra como funciona este sistema de catenaria en una explotación a cielo abierto. Como veréis en el momento en el que el camión se conecta a la red el motor diesel se para y se vuelve a poner en funcionamiento en el momento en el que se desconecta, con lo que el ahorro en combustible es considerable.

Parece mentira que existiendo estos mecanismos desde el año 1994 hayamos tenido que esperar hasta 2013 a ver funcionando sistemas parecidos en ciudades europeas.

Maquinaria para explotaciones subterráneas

Como hemos mencionado anteriormente el mayor problema de las explotaciones subterráneas es la necesidad de ventilación. Aquí es donde más importancia tiene el poder sustituir vehículos movidos por combustibles contaminantes por otros que no contaminen, pues ello contribuirá a reducir la necesidad de ventilación.

Hasta tal punto es importante la necesidad de ahorrar en sistemas de ventilación, que se da la circunstancia de que explotaciones por debajo de los 4.000 metros no son rentables por su alto coste, en caso de tener que utilizar sistemas de evacuación de gases.

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Dumper Atlas Copco EMT50 equipado con sistema de catenaria

Mediante el empleo de camiones de perfil bajo con tracción eléctrica, alimentados por sistema de catenarias, se ha resuelto el problema de humos dentro de los túneles. Como ejemplo tenemos el Atlas Copco Minetruck EMT35 o el EMT50, con una capacidad de carga de 35 o 50 toneladas respectivamente, y que son capaces de reducir hasta en un 50% el coste por tonelada extraída respecto a un dumper convencional.

Para la carga de estos camiones se utilizan unos cargadores especiales de perfil bajo completamente eléctricos. Siguiendo con el ejemplo de antes elegimos el cargador Atlas Copco Scooptram EST14 capaz de cargar 14 toneladas, impulsado por dos motores eléctricos y alimentado mediante un cable eléctrico que, mediante un ingenioso sistema de recogida, mantiene continuamente tensados los 400 m de cable de que dispone para moverse desde el enchufe, evitando así que puedan ser atropellados o enganchados por el propio vehículo.

Tal como hemos leído hasta ahora vemos que las compañías mineras ya hace años que vieron la posibilidad de ahorrar grandes cantidades de dinero cambiando de diesel a electricidad, y aunque la situación no es comparable, pues ellos se mueven es espacios limitados, si podríamos aprovechar algunos de los conocimientos y experiencias que ellos tienen para ponerlos en práctica unos metros más arriba.

Vía | Inside EVs Video | YouTube, YouTube

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