Operación y diseño de cintas transportadoras

EXPERIENCIA DE VOITH TURBO Operación y diseño de cintas transportadoras Acopladores especialmente diseñados para un uso exigente con cintas transportadoras en explotaciones mineras.

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Los acoplamientos hidráulicos se han utilizado ampliamente durante décadas en aplicaciones de trasportadores debido a sus características de simplicidad, longevidad y transmisión de par de forma natural. Es así como Voith Turbo desarrolló los acoplamientos TVVS (cámara de retardo ampliada + cámara anular), los que ofreciendo un tiempo de aceleración de hasta 45 segundos, fueron ampliamente aceptados como la mejor tecnología de arranque suave hidrodinámico disponible y se aprovechó con éxito a miles de aplicaciones de accionamientos de transportadores que no requerían control activo. A raíz de que la tecnología de transportadores siguió avanzando y, en un esfuerzo por seguir siendo competitivas, muchas mineras tuvieron que aumentar su capacidad neta y/o reducir su coste por tonelada. Estos retos dieron como resultado la necesidad de aumentar la capacidad y fiabilidad de los sistemas transportadores de las mineras, lo cual obliga a tener en cuenta los sistemas de accionamiento refrigerados y controlados activamente. La transmisión de potencia hidrodinámica ofrece varias características beneficiosas para los sistemas de accionamiento de transportadores, como: • Respuesta de par suave • Compensación natural de carga en transportadores de accionamiento múltiple • Larga vida útil (es habitual contar con más de diez años sin un reacondicionamiento) • Capacidad adicional para arrancar sistemas sobrecargados • Características de rendimiento estable que no se ven afectadas negativamente por el calor • Amplio intervalo de potencia por tamaño, permitiendo el uso con motores más grandes en futuras aplicaciones Las características relacionadas anteriormente se aplican a los acoplamientos de llenado constante así como a las unidades de llenado variable; sin embargo, muchas aplicaciones de transportadores en minería en la actualidad requieren un control de refrigeración, velocidad y par activo. Entre los requisitos adicionales para muchos transportadores largos se cuentan: • Control activo de tensión en el accionamiento. • Control activo en compensación de carga en accionamientos múltiples. • Refrigeración externa (aire a aceite, agua a aceite) para arranques frecuentes con carga. • Funcionamiento a velocidad reducida para inspección y mantenimiento de la cinta vacía. De esta manera, Voith desarrolló el acoplador TPKL con la idea de contar con accionamiento resistente, compacto y totalmente controlable para las aplicaciones de la minería actual. El nuevo acoplamiento TPKL de Voith fue desarrollado utilizando un esquema de aceite en circuito cerrado dando como resultado una importante reducción en las dimensiones de la caja y el depósito de aceite. El circuito cerrado difiere de un circuito abierto en varios aspectos. La principal diferencia es que el volumen de aceite de funcionamiento no fluye de vuelta hacia el depósito de aceite tras salir de las guías de acoplamiento. En lugar de eso, el aceite se bombea a través del enfriador e inmediatamente se hace volver a las guías de acoplamiento para la posterior transmisión de par. El nivel de aceite dentro de este circuito cerrado se controla mediante dos válvulas de solenoide simples, una válvula de llenado y una válvula de drenaje. Este diseño de aceite en circuito cerrado permite el uso de una bomba de llenado de aceite y un depósito de aceite mucho más pequeños, lo cual contribuye a su diseño compacto. Es importante tener en cuenta que los puertos de llenado y drenaje de aceite se situaron intencionadamente en el circuito cerrado del acoplamiento para conseguir una eficiencia máxima del enfriador. El aceite pasa a través de éste durante todos los modos de control. La apertura o el cierre de una válvula de "llenado" o válvula de "drenaje" controla el volumen de aceite de funcionamiento del acoplamiento, dando como resultado un cambio en la respuesta de velocidad y el par de los acoplamientos. El controlador basado en PLC tiene sólo cuatro modos de control a implementar, dependiendo de la respuesta deseada (ver recuadro). El circuito de aceite cerrado del TPKL de Voith Turbo ofrece una refrigeración muy efectiva. El calor, que se produce mediante mayores tiempos de arranque o funcionamiento a velocidad reducida a largo plazo, se genera directamente en el medio de transmisión de energía (aceite) y se disipa rápidamente a través del intercambiador de calor. Todas las tecnologías de accionamiento producen calor en varios componentes de accionamiento, sin embargo, el calor no se genera directamente en el medio de refrigeración como un acoplamiento hidráulico y debe transferirse a los medios de refrigeración (a menudo el aire), lo cual tarda un tiempo. La rapidez que se enfría el circuito de aceite del TPKL durante el arranque de dos transportadores de paneles cargados de 375 kW (aprox. 3.700 m). El aceite en circuito cerrado del TPKL alcanza su temperatura máxima a aprox. un 60% del aumento de velocidad del transportador. Pasado este punto, el aceite empieza a enfriarse y se acerca al límite de temperatura máxima para un nuevo arranque, antes de un minuto tras alcanzar la velocidad máxima. Basándose en el rendimiento de refrigeración del accionamiento, este transportador de paneles podría fácilmente contener 20 arranques con carga por hora. Un perfil típico de aceleración del transportador. Aunque el par aplicado a través de los acoplamientos TPKL (motor 1 y 2 amps) sigue aumentando tras la descarga, la velocidad del transportador permanece relativamente constante mientras se aplica tensión adicional, lo cual ocasiona el pre-tensado de la cinta. Este transportador tenía una longitud aproximada de 3.700 m en ese momento y tenía una velocidad de cinta nominal de 3,55 m/s. Por consiguiente, durante el tiempo de pre-tensado del arranque (aprox. 30 segundos a una velocidad de un 15%), la cinta se alargó 15 - 20 m, lo cual fue gradualmente absorbido por el sistema de recogida. Una de las características del diseño del acoplamiento TPLK es la capacidad de enfriarse mientras el transportador no esté en funcionamiento. El modo de refrigeración por by pass se utiliza para enfriar rápidamente el aceite del cárter para minimizar el tiempo antes de un nuevo arranque. Modelado simulado de TPKL Voith ha medido las características de TPKL e incorporado las curvas de llenado-par-deslizamiento en un programa de computador. El software de modelado Turbosim ofrece unas simulaciones de arranque razonablemente precisas para cualquier sistema de transportador dado. Como ejemplo, el mismo arranque de transportador. Donde los niveles de par y especialmente los perfiles de temperatura del aceite se corresponden estrictamente con los datos registrados en el emplazamiento. El par máximo aplicado al transportador indica 100% x 375 kW. El arranque modelado del TPKL indica 2000 Nm (= 375 kW @ 1785 1/min) para que el par máximo acelere el transportador. Se debe observar también que el par de aceleración ‘teórico’ es constante y varía ligeramente respecto al perfil de par de aceleración real. El arranque modelado ofrece un perfil de temperatura ligeramente más conservador. La temperatura del aceite de arranque modelada es de 50ºC (esto refleja la temperatura de funcionamiento normal del TPKL para simular un arranque ‘en caliente’). La temperatura de arranque indicada es de aprox. 85ºF (35ºC). Observe que los perfiles de temperatura son similares, es decir, las temperaturas máximas aprox. a un 60% de la aceleración de los transportadores. Los acoplamientos de llenado controlado tipo TPKL han demostrado durante los últimos años su efectividad pudiendo ofrecer la capacidad de control necesaria para los complejos sistemas transportadores actuales. Las operaciones de minería más rentables en la actualidad requieren una elevada disponibilidad, rendimiento y años de servicio sin problemas de sus sistemas de accionamiento de transportadores. Basándose en el historial de funcionamiento de los TPKL desde que se introdujeron en 1998, los clientes de minería tienen todas las razones para esperar un servicio excepcional de estos accionamientos durante los próximos años tomando en cuanta su extraordinaria fiabilidad y fácil utilización por parte del usuario cuando de mantenimiento y servicio se trata. Modos de control de TPKL El controlador basado en PLC tiene sólo cuatro modos de control a implementar, dependiendo de la respuesta deseada: 1) Modo de refrigeración by pass: el aceite se refrigera activamente mientras el acoplamiento se desacopla del accionamiento. 2) Modo de llenado: la válvula de llenado se abre para añadir aceite al circuito del acoplamiento. 3) Modo de funcionamiento: se mantiene el volumen de aceite del acoplamiento de circuito cerrado, sin llenado ni drenaje. 4) Modo de drenaje: se drena el aceite del circuito de funcionamiento meditante la válvula de drenaje.