• Author / Uploaded
• Salomon Ortiz

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL “JORGE BASADRE GROHMANN" - TACNA Facultad de Ingeniería de Minas

Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas

“ESTUDIO Y ANALISIS DE LA DISPONIBILIDAD DE EQUIPOS PARA PLANEAMIENTO DE MINADO”

EXAMEN PROFESIONAL Presentado por:

Bach. Christian Alexander Chávez Alejo Para Optar el Título Profesional de:

INGENIERO DE MINAS TACNA - PERU 2010

A mis padres que con su apoyo he alcanzado una de mis mas anheladas metas, para mi hijo por el cual no dejare de luchar contra todas las adversidades, y a todos mis compañeros y amigos que con su apoyo moral hemos logrado esta meta.

CONTENIDO DEDICATORIA

iii

RESUMEN

viii

INTRODUCCIÓN

1

CAPITULO I CÁLCULO Y ANÁLISIS DE LOS ÍNDICES DE DISPONIBILIDAD Y UTILIZACIÓN DEL EQUIPO PESADO EN MINERÍA 1.1. Marco Teórico

03

1.2. Sistema Propuesto

04

1.3. Minería Superficial

05

1.3.1. Acopio de Información

05

1.4. Fórmulas Utilizadas

06

1.5. Sistema de Cálculo de Índices

06

1.6. Análisis y Gráficos de Resultados Obtenidos

07

1.7. Desarrollo de las Fórmulas Utilizadas

07

1.7.1. Definición de las Fórmulas 1.7.1.1. Disponibilidad Total

07 07

1.7.2. Disponibilidad Mecánica

09

1.7.3. Utilización Neta

10

1.7.4. Definición de las Variables

11

1.8. Mantenimiento del Equipo Pesado

19

1.8.1. Tipos de Mantenimiento

20

1.9. Cálculo de Índices de Disponibilidad y Utilización

21

CAPITULO II APLICACIÓN EN MINERÍA SUPERFICIAL (TOQUEPALA) 2.1. Equipo de Perforación

22

2.2. Equipo de Carguío

25

2.3. Equipo de Acarreo

28

2.4. Cálculo Mensual de Índices para el Equipo de Acarreo

31

2.5. Análisis de los Índices de Disponibilidad y Utilización

33

CAPITULO III APLICACIÓN EN MINERÍA SUBTERRÁNEA 3.1. Ciclo de Perforación, Acarreo y Transporte en Minería Subterránea

34

3.1.1. Acarreo

34

3.1.2. Transporte en Minería Subterránea

36

3.1.3. Perforación con Jumbo Hidráulico

39

v

CAPITULO IV ANÁLISIS DE SISTEMAS DE TRANSPORTE Y ACARREO MEDIANTE SIMULACIÓN 4.1. Marco Teórico

42

4.2. Conceptos de Simulación

45

4.2.1. El Proceso de Simulación

45

4.2.2. Objetivo de Simulación

45

4.2.3. Definición del Problema y Planeamiento del Proyecto

46

4.2.4. Definición del Sistema y Formulación del Modelo

47

4.2.5. Datos de Entrada

48

4.3. Aplicación de Modelos de Simulación en Minería

49

4.3.1. Animación

49

4.3.2. Teoría de Colas en Procesos Mineros

50

4.3.2.1. Tiempo de Espera en un Circuito Cerrado

51

4.3.2.2. Circuitos con Dos Servidores en Paralelo

51

4.3.2.3. Distintos Circuitos

52

4.3.2.4. Disponibilidad

55

4.4. Simulación Mediante Siman

56

4.4.1. Origen de Siman

56

4.4.2. Como Trabaja Siman

56

4.4.3. Concepto Básico para Crear Modelos

58

vi

4.4.4. Entidades, Atributos y Procesos

59

4.4.5. Tipos de Bloques

60

4.4.6. Definición del Sistema

63

4.4.7. Definición del Problema

63

4.4.8. Objetivos

64

4.4.9. Condiciones

65

4.4.10. Simulaciones Programadas

66

4.4.10.1. Objetivos de las Simulaciones

66

4.4.10.2. Toma de Datos

67

4.4.10.3. Análisis de Resultados de las Simulaciones

68

4.4.10.4. Optimización de Subsistemas

68

4.4.10.5. Optimización del Sistema

73

4.4.10.6. Efectos de Cambios en los Parámetros de Desperfectos

76

4.4.10.7. Efectos de la Duración de los Ciclos sobre el Sistema

77

CONCLUSIONES

80

RECOMENDACIONES

82

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

83

vii

ANEXOS

Anexo 1 Tabulaciones para: Cálculo de Equipo de Excavación

85

Anexo 2 Modelo Matemático: Programa de Desbroce de Pre- Producción

89

Anexo 3 Desarrollo de: 36 Perfiles de Acarreo para el Cálculo de las Unidades de Acarreo

95

viii

RESUMEN

La finalidad de esta investigación es experimentar con cambios planeados y controlados en algunos factores y diseños que influyen el desempeño de los equipos tanto en minería subterránea y superficial.

Las empresas mineras deben entender que haciendo un cálculo matemático relacionado con la realidad de cada una de ellas, establecerán un estándar lógico de la disponibilidad de sus equipos y hallaran la mejor utilización de estos y esto se verá reflejado con el aumento de su producción para lo cual establecemos cálculos prácticos, como datos de campo (medición de tiempos), estandarización de rutas, eliminación de colas y todo esto apoyado por software mineros que facilitan estos cálculos. Esta tesis muestra estos cambios.

INTRODUCCIÓN

La mecanización en la minería peruana sigue siendo un gran desafío para las empresas, muchas de ellas para subsistir necesitan hacer una mejor productividad de estos equipos, es a ese punto que va dirigido el presente trabajo. En la minería actual, para obtener una alta producción se requiere del apoyo de equipos de gran capacidad que pueden satisfacer las necesidades creadas y cumplir con los objetivos trazados; entre estos, aminorar costos para alcanzar una alta rentabilidad de las empresas mineras. Por otro lado tenemos una herramienta que nos facilita el diagnostico y encontrar la mejor forma de desarrollar nuestra operación y cumplir con nuestra plan de minado esto es la simulación computacional. Simulación es una de las más poderosas herramientas para analizar sistemas complejos y poder así planificar, diseñar y controlar los sistemas. La simulación es usada como metodología para resolver problemas.

El trabajo consta de los siguientes capítulos:

El Capitulo I: Cálculo y Análisis de los Índices de Disponibilidad y Utilización del Equipo Pesado en Minería, el marco teórico, sistema propuesto, el acopio de información, las fórmulas utilizadas, el sistema de cálculo de índices, análisis y gráficos de resultados obtenidos, desarrollo de las fórmulas utilizadas, mantenimiento del equipo pesado y cálculo de índices de disponibilidad y utilización.

El Capitulo II: Aplicación en Minería Superficial (Toquepala), equipo de perforación, equipo de carguío, equipo de acarreo, cálculo mensual de índices para el equipo de acarreo y el análisis de los índices de disponibilidad y utilización.

El Capitulo III: Aplicación en Minería Subterránea, el ciclo de perforación, acarreo y transporte en minería subterránea: acarreo, transporte en minería subterránea y perforación con jumbo hidráulico.

El Capitulo IV: Análisis de Sistemas de Transporte y Acarreo Mediante Simulación, el marco teórico, conceptos de simulación, aplicación de modelos de simulación en minería, simulación mediante Siman.

Finalmente las conclusiones, recomendaciones, referencia bibliográfica y Anexos.

2

CAPITULO I CÁLCULO Y ANÁLISIS DE LOS ÍNDICES DE DISPONIBILIDAD Y UTILIZACIÓN DEL EQUIPO PESADO EN MINERÍA

1.1. Marco Teórico El apoyo operativo de equipos de gran capacidad ya sean: Perforadoras, Palas Eléctricas, volquetes, locomotoras, etc. En la industria minera, es fundamental para cumplir con las necesidades y requerimientos establecidos en la explotación minera; especialmente en las diversas operaciones que efectúan en una primera fase que comprende trabajos de arranque, carguío, acarreo y transporte de mineral a los centros de tratamiento metalúrgico. El alto costo del mencionado equipo pesado obliga a establecer un sistema de control o medición de su rendimiento en el que se involucran aspectos técnicos y operativos con la finalidad de cuantificar en forma rápida la real productividad y eficiencia de los equipos, para luego definir las causas de la variabilidad en la performance de los mismos. Dicho sistema de control permitirá calcular los índices de dis-

ponibilidad y utilización del equipo pesado, el análisis de dichos índices servirá de base para la toma de decisiones y consideraciones del caso que redunden en una optimización de las operaciones involucradas en el ciclo de explotación minera. El equipo pesado en estudio del presente trabajo comprende perforadoras eléctricas rotativas, palas eléctricas, volquetes en minería superficial y scoops, dumpers y jumbos en minería subterránea; utilizados en operaciones de arranque, carguío y trasporte de material, respectivamente. 1.2. Sistema Propuesto El sistema que proponemos para el equipo pesado en estudio de una mina superficial plantea el cálculo y análisis de los índices de: 

Disponibilidad total del equipo.



Utilización neta del equipo. El sistema de cálculo de índices abarca las siguientes etapas:



Acopio de información



Aplicación de fórmulas y cálculo respectivo.



Análisis de resultado obtenidos. 4

1.3. Minería Superficial 1.3.1. Acopio de Información Esta etapa inicial se realiza básicamente durante el seguimiento al equipo pesado, llevando el control respectivo de la performance de: 

Perforadoras



Palas



Volquetes

Dicho control se basa en la toma de datos de todas las demoras habidas durante la actuación del equipo a lo largo del turno respectivo, es decir: 

Demoras Operativas.



Demoras Mecánicas y Eléctricas.



Otras demoras

Como información de apoyo se tiene: 

Reporte de supervisores de cada Sección.



Reportes diarios de las Divisiones de Mecánica y Electricidad Mina. 5

1.4. Fórmulas Utilizadas 

El índice de Disponibilidad Total del equipo, viene dado por: % Disponibilidad



= Tiempo disponible x 100 Tiempo programado

El índice de Utilización neta del equipo, viene dado por: % Utilización

=

Tiempo efectivo x 100 Tiempo disponible

El Tiempo Efectivo y el Tiempo Disponible para cada equipo lo definiremos y ampliaremos más adelante, y que está en función de las demoras del equipo respetivo.

1.5. Sistema de Cálculo de Índices 

Para efectos de didáctica, se debe de calcular los índices en forma diaria de disponibilidad y utilización del equipo pesado. Dicho cálculo se efectuará en base a las demoras ocurridas durante la performance del equipo en estudio en la fecha determinada.



Luego se debe de ofrecer los resúmenes mensuales, donde se especifican las demoras producidas en dicho mes, complementado con los tiempos efectivos, tiempos disponibles y el cálculo 6

respectivo del índice.

1.6. Análisis y Gráficos de Resultados Obtenidos Teniendo los resultados de los índices mensuales, nos valemos de la ayuda de programas de computación, donde a través de gráficos estadísticos, obtenemos una mejor comparación y visualización de dichos índices. Es decir, apreciaremos notoriamente la variación en lo que se refiere a la disponibilidad y utilización del equipo pesado en estudio.

1.7. Desarrollo de las Fórmulas Utilizadas 1.7.1. Definición de las Fórmulas 1.7.1.1. Disponibilidad Total También se define como disponibilidad física. Es el parámetro que nos indica el porcentaje de tiempo programado que tenemos el equipo en condiciones operativas. Es un índice de control que muestra la disponibilidad de un equipo tomando en consideración los tiempos físicos, es decir, el programado y el tiempo 7

en stand by. La disponibilidad total dado por: % Disponibilidad = Tiempo disponible x 100 Tiempo programado Detallando el equipo pesado tenemos:

A. Perforadoras y Palas Eléctricas:

La disponibilidad total está dada por: % Disponibilidad = t prog. – Dem. (Mec. + Eléc.) x 100 Tiempo programado =

t disponible x 100 Tiempo programado

Donde: t disponible = t efectivo + S.B. t programado= t efectivo + S.B. + Dem

B. Volquetes:

% Disponibilidad =

=

8

Tiempo disponible x 100 Tiempo programado t prog. – Dem. (Mec. + Eléc.) x 100 Tiempo programado

Donde: t. disponible = t efectivo + S.B. t programado = t efectivo + S.B. + Dem (Mec. + Eléct.) Las demoras mecánicas, más las de orden eléctrico, constituyen las demoras por mantenimiento del equipo, sea preventivo o correctivo. 1.7.2. Disponibilidad Mecánica Es un índice de control del equipo pesado que hace referencia sólo a demoras mecánicas más, no involucra las de orden eléctrico. Es decir, es un parámetro de control que incluye en las demoras de mantenimiento del equipo sólo las producidas por causas mecánicas, excluyendo las demoras eléctricas. Entre las causas de demora mecánicas, podemos citar: 

En perforadoras: o Lubricación y/o falta de aceite. o Reparación (en el campo).

9



En Palas: o Mantenimiento preventivo (P.M.). o Reparación (en el campo).



En volquetes: o Servicio. o Reparación en el campo. o Reparación en el taller. La disponibilidad mecánica está dada por: % Disp. Mec. =

t prog – Dem. Mec. x 100 Tiempo programado

En el presente Trabajo no abundaremos en éste tipo de índices. Nos referiremos exclusivamente a la DISPONIBILIDAD TOTAL del equipo pesado, es decir, tomando en cuenta el aspecto eléctrico. 1.7.3. Utilización Neta Es un índice de control que también se le define como utilización efectiva. Es un parámetro de control que nos indica el porcentaje que estamos utilizando en operar el equipo, del tiempo que disponemos para hacerlo. La utilización neta está 10

definida por: A. Perforadoras y Palas Eléctricas: % Utilización

=

Tiempo Efectivo x Tiempo Disponible

100

Donde: t efectivo

= t prog – S.B. – Dem (Mec. + Ele)

t disponible

= t Prog. - Dem

(Mec + Eléc)

B. Volquetes: % Utilización

=

Tiempo efectivo x 100 Tiempo Disponible

t efectivo

=

t prog – S.B. – Dem (Mec. + Eléc)

t disponible

=

t prog– Dem (Mec. + Eléc)

Donde:

1.7.4. Definición de las Variables A.Tiempo Programado (t prog): Es el tiempo, normalmente expresado en horas, de equipo requerido en las operaciones mineras durante un periodo determinado. Este tiempo está en función de los plantes de producción, es decir, al número de turnos (o guardias) normales de trabajo con que se opera el equipo. 11

El tiempo programado para un turno está considerado desde que el operador de la unidad es dejado en ella, hasta que es dejado, desconectando además el tiempo de refrigerio. Entonces: t prog/ turno

=

t total - t perdido al inicio - t de refrig - t perdido al final del turno

Siendo el tiempo total de 8 horas ó 480 minutos. Por tanto, se admite que el tiempo programado de un turno es de 7 horas (420 minutos), debido a que se asume como demoras estándar el tiempo de 1 hora, distribuido de la siguiente forma: 

Tiempo perdido al inicio

: 15 minutos.



Tiempo de refrigerio

: 30 minutos.



Tiempo perdido al fin de turno : 15 minutos. El tiempo programado de 42 minutos es el que que-

da sujeto a posibles demoras durante la performance del equipo pesado. Entonces, en general, el tiempo programado es calculado mediante: 12

t. prog = Días Calend.Trab. x # Turnos x # Horas x # Máq. Días Turno

Podemos concluir que un día normal de trabajo para cada unidad de equipo pesado será de 1260 minutos de tiempo programado.

B.

Tiempo Disponible (t dispon): Es el tiempo normalmente expresado en horas, de equipo disponible y preparado para realizar o no, un trabajo específico sin que su performance sea afectado por demoras mecánicas ni eléctricas, es decir, sin interrupciones de mantenimiento alguno de equipo, ya sea éste, preventivo o correctivo. Por tanto, el tiempo disponible viene dado por: t dispon = t prog. - Dem. Mantenimiento. t dispon = t prog. - Dem. (Mec. + Eléc.) En un caso ideal, el tiempo disponible será igual al tiempo programado.

C.

Tiempo Efectivo (t efvo): Es el tiempo neto de operación del equipo, normal13

mente expresado en horas, para cumplir su función, es decir, el tiempo que realmente ha trabajado dicha máquina. Es el tiempo que el equipo ha estado cumpliendo funciones específicas, como ser: perforar, acarrear o cargar material, sin que intervengan necesariamente demoras operativas, ya que son intrínsecas a la operación. En el tiempo efectivo se calcula descontando del tiempo programado, todas las demoras no catalogadas como operativas, presentadas durante la actuación es decir: t efvo = t prog– Dem. (Mec. + Elec.) – S.B.

D.

Demoras: Es el tiempo perdido, normalmente en horas, durante la performance del equipo; ya por mantenimiento (preventivo correctivo), stand by, corte de energía eléctrica o de operación minera; que habrán de restarse al tiempo programado para la obtención de rendimiento, disponibilidad y utilización del equipo de mina. Se hace necesario el estudio de estas demoras, a fin 14

de reducir al mínimo las incidencias negativas en el ritmo diario normal de la maquinaria. Las demoras pueden ser por: 

Operación minera.



Stand by.



Mecánicas.



Eléctricas.

D1. Demoras Operativas (Dem. Operat) Es el tiempo expresado en minutos u horas, que se deja de trabajar por razones netamente de operatividad minera. Se produce por diversas razones, variando de acuerdo al tipo de maquinaria: a) En Perforadoras: 

Engrase y/o inspección de la unidad, efectuado por el mismo operador.



Cambio de sitio hacia otra zona de trabajo, de acuerdo al plan de minado. 15



Inspección y/o cambio de broca por averías o motivos propios de la operación de perforar.



Falta de agua (reabastecimiento al tanque respectivo de la máquina).



Cambiando o extendiendo cable de energía eléctrica).



Por disparo primario (librando la unidad de su influencia).



Otros (por ejemplo: falta de operador, charla de seguridad, huelgas, etc.).

b) En Palas: 

Traslado de equipo. Movimiento de la unidad hacia otra zona de trabajo según planeamiento.



Esperando volquete (o tren, cuando se trata de carguío directo).



Cambiando o extendiendo el cable de alimentación de energía eléctrica.



Limpieza de piso (arreglo del área de trabajo mediante tractores o moto niveladoras). 16



Por disparo primario (librando el equipo de su influencia).



Otros (por ejemplo: falta de operador, charlas de seguridad, huelgas, etc.).

c) En Volquetes: 

Esperando en la pala (por limpieza de piso, mantenimiento o corte de energía).



Esperando en la tolva de transferencia de material (ésta se encuentra llena, atorada, en reparación o sin energía).



Otros (por ejemplo: falta de operador, charlas de seguridad, huelgas, etc.).

D2. Stand By (S.B.): Está definido como el tiempo expresado en minutos u horas, que la unidad se encuentra en reserva estando en condiciones de operación. Esta medida de reservar por lo menos una unidad se debe a los imprevistos de cualquier índole que pueda ocurrirle al equipo que en ese momento se en17

cuentra operando.

D3. Demoras Eléctricas (Dem. Eléc):

Es el tiempo, expresado en minutos y horas, que se ha empleado en realizar el mantenimiento del equipo eléctrico. Dicho mantenimiento puede ser: 

Preventivo: Programado con antelación. Se realiza el mantenimiento integral de la unidad.



Correctivo: No programado. Debido a fallas y/o deficiencias en el sistema eléctrico. Entre estas demoras podemos citar: o Reparación en el campo. o Reparación en el taller. o Soldadura.

D4. Demoras Mecánicas (Dem. Mec): Es el tiempo que se dispone para realizar el mantenimiento de acuerdo a las especificaciones del equipo y sus respectivos componentes; se expresa en minutos u horas. Dicha demora de mantenimiento 18

puede ser: 

Preventivo (P.V.): Programado en forma periódica (éstas son operaciones mecánicas mayores) o diaria (a través de servicios de corta duración).



Correctivo: No programado. Debido a deficiencias mecánicas o fallas en el equipo.

Entre las demoras podemos citar: 

Reparación en el campo.



Reparación en el taller.



Enllante.

1.8. Mantenimiento del Equipo Pesado El equipo pesado utilizado en la explotación de minera, ya sea éste mecánico o eléctrico, requiere una atención constante para conservar y/o mantener su disponibilidad y performance adecuada y cumplir con los planes de producción establecidos. El costo de mantenimiento del equipo representa una parte sustancial al costo de operación de una mina. Además, cualquier parada involuntaria en la maquinaria por mal funcionamiento o reparación, se traduce en pérdidas. Las acciones fundamentales de las 19

tareas de mantenimiento es proceder en forma rápida y eficiente. Esto conllevará a minimizar el tiempo durante el cual la maquinaria no está disponible para la producción. 1.8.1.

Tipos de Mantenimiento El mantenimiento mecánico y/o eléctrico del equipo pesado en la mina es de dos tipos: 

Mantenimiento preventivo.



Mantenimiento correctivo.

A. Mantenimiento Preventivo (P.M.): En la minería, mediante la División Mecánica y Eléctrica Mina, existe un programa de mantenimiento preventivo que incluye inspecciones diarias y periódicas a toda la maquinaria de producción cuyo calendario se cumple estrictamente, obviamente, en dicho programa está incluido el equipo pesado en estudio, es decir, perforadoras, palas y volquetes. B. Mantenimiento Correctivo: Implica la corrección o reparación de la unidad (o 20

maquinaria) en forma total o en alguno de sus componentes. Dicha reparación puede ser en el campo o en el taller y su duración varía de acuerdo a la magnitud de las causas del desperfecto.

1.9. Cálculo de Índices de Disponibilidad y Utilización Como se señaló anteriormente el cálculo de índices se logrará basándonos en la toma de tiempos de las demoras producidas durante la performance del equipo en estudio y complementado con los reportes de los supervisores de las Secciones respectivas, se calculará los índices de disponibilidad y utilización al siguiente equipo. 

De perforación.



De carguío.



De acarreo.

21

CAPITULO II APLICACIÓN EN MINERÍA SUPERFICIAL (TOQUEPALA)

2.1. Equipo de Perforación En la Mina Toquepala se cuenta con cinco (5) perforadoras eléctricas rotativas marca Bucyrus Erie 50-R. En el equipo de perforación se producen las siguientes demoras: 

Operativas (Dem. Operat.)



Stad By (S.B.)



Corte Ilo.



Mecánicas (Dem. Mec.)



Eléctricas (Dem Eléc.)

Cálculo de Índices para la Perforadora # 106. Perforadora No. 106: Fecha

:

22 de abril de 1988 – Turno “A”

Operador

:

Pedro Mazuelos

Ubicación

:

Nivel 3265 – Roca medianamente dura.

Supervisor

:

Ing. Luis Porras T.

Tiempo Estándar / Turno: 8,00 horas Demoras Estándar: 

Traslado de principio de turno : 0,25 horas



Refrigerio Rancho

: 0,50 horas



Traslado de fin de turno

: 0,25 horas



Tiempo Neto Estándar / Turno

: 7,00 HORAS

Tiempo Programado: 1 día x 1 turno x 7 horas x 1 máq. = 7,00 horas - máq Día turno

Demoras durante el turno: 

Operativos o Cambio de broca

0,50 horas

o Abastecimiento de agua

0,50 horas

 Stan By

0

 Corte Ilo

0

 Mecánicas

0

 Eléctricas

0

TIEMPO EFECTIVO (TIEMPO PERFORANDO): 6,00 HORAS 23

Por tanto: Tiempo Programado: 7,00 horas Calculando los índices de control (en porcentaje), tenemos: % Disponibilidad

=

t prog – Dem. (Mec. + Eléc.) Tiempo programado

=

7,00 horas - (0,00 + 0,00) horas x 100 7,00 horas 100,00

=

La perforadora Nº 106, ha tenido disponibilidad máxima, por no haberle ocurrido demoras de mantenimiento. Utilización Neta: % Utilizac. =

=

=

=

t efectivo x 100 t disponible t efvo x 100 t prog – Dem (Mec. + Eléc) 6,00 horas x 100 (7,0 – (0,0 + 0,0 )) horas 85,71

Teniendo disponibilidad máxima, la perforadora Nº 106 ha sido utilizada en un 85,71%, debido a la ocurrencia de demoras operativas (30 minutos) y a la decisión de mantenerla en Stand By durante 30 minutos. 24

2.2. Equipo de Carguío En la mina Toquepala se cuenta con 8 palas eléctricas de marca P & H.

En equipo de carguío se encuentra sujeto a las siguientes demoras: 

Operativas



Stand By



Corte Ilo



Mecánicas



Eléctricas

Al igual que en el caso de las perforadoras, calcularemos en forma didáctica, los índices de control en una fecha específica, para una sola pala.

Cálculo de Índices para la Pala # 203 Pala No. 203: Fecha

: 09 de Mayo de 1988

Operador

: V. Aramburu

Ubicación

: Nivel 3145 – Norte 25

Material

: Leach – Roca Medianamente Dura

Supervisor

: Ing. A. Villafuerte

Tiempo Estándar/Turno : 8,00 horas

Demoras Estándar:  Por traslado al inicio de turno

0,15

 Refrigerio (rancho)

0,50

 Por traslado al final de turno

0,15

Tiempo Neto Estándar/Turno

7,00 horas

Demoras: 

Operativas: o Esperando volquete

0,25 horas

o Arreglando piso

0,50

 Stand By

0

 Corte Ilo

0

 Mecánicas

0

o Engrase

0,50

 Eléctricas

0

Tiempo Efectivo (Tiempo Cargando) : 5,75 horas 26

Tiempo Programado

: 7,00 horas

Tiempo Disponible: T pro – dem (Mec. + Elec.) = 7,00 – (0,50 + 0,00) = 6,50 horas

Por tanto, tenemos que los índices de control son: Disponibilidad Total: % Disponib.

=

t disponible T programado

x 100

=

6,50 horas 7,00 horas

x 100

=

92,86

Esto se debe a que la Pala Nº 203 estuvo 30 minutos con servicio de engrase. Utilización Neta: % Utilizac. =

t efectivo t disponib

x 100

=

5,75 horas x 100 6,50 horas

=

88,46 27

Esto, debido a las demoras operativas de esperar volquete y arreglo del área de trabajo por parte del tractor o moto nivelador.

2.3. Equipo de Acarreo En la mina Toquepala se cuenta con una flota de 25 volquetes de marca Lectra Haul de 100 toneladas de capacidad. El equipo de acarreo se encuentra supeditado a las siguientes demoras: 

Operativas



Stand By



Corte Ilo



Mecánicas



Eléctricas Al igual que en los casos anteriores, calcularemos en forma di-

dáctica, los índices de control en una fecha específica, para un solo volquete.

Cálculo de Índices para Volquete LH – 05:

Volquete LH – 05:

Fecha

:

12 de Junio de 1988 28

Operador

:

V. Salazar

Nivel

:

Sujeto a control de Volquetes

Supervisor

:

Ing. A. Villafuerte

Tiempo Estándar/Turno

:

8,00 horas

Demoras Estándar:  Por traslado al inicio de turno

0,15

 Refrigerio (rancho)

0,50

 Por traslado al final de turno

0,15

Tiempo Neto Estándar /Turno :

7,00 horas

Demoras: 





Operativas: Esperando en volquete

:

10,00 minutos

Stand By

:

0

Servicio

:

30,00 minutos

Eléctricas

:

0

Mecánicas

Tiempo Efectivo (Tiempo Cargando) :

380,00 minutos

Entonces: Tiempo Programado

: 29

420,00 min.

Tiempo Disponible: t prog – dem (Mec. + Elec.)=

420,00 – (30,00 + 0,00) =

390 minutos

Calculando los índices de control, tendremos:

Disponibilidad Total: % Disponib.

=

t disponible x 100 t programado

=

390 minutos 420 minutos

=

92,86

x 100

Esto se debe a que el volquete LH-05 estuvo 30 minutos con servicio mecánico.

Utilización Neta: % Utilizac. =

t efvo x 100 t disponib.

=

380,00 horas 390,00 horas

=

97,44

x 100

Esto, debido a los 10 minutos de demora operativa esperando en la pala. 30

2.4. Cálculo Mensual de Índices para el Equipo de Acarreo Calcularemos los índices de control mensuales basándonos en los reportes remitidos por los Supervisores respectivos de los turnos A, B y C. A fin de mes se procede a realizar el consolidado de los diversos tipos de demoras ocurridas durante la performance de la flota, tiempos en general, finalizando con el cálculo de los respectivos índices de disponibilidad y utilización. Unidades: 25 Volquetes Lectra Haul M-100 Demoras mensuales: 

Operativas

893,71

o Stand By

119,90

o Mecánicas

672,13

o Eléctricas

357,80

Tiempo Efectivo (Tiempo Acarreando) : 11 383,30 h Entonces: Tiempo Programado Mensual

: 13 427,30 h

31

Tiempo Disponible: t dispon.

= t prog. - dem. (Mec. + Eléct.) = 13 427,30 - (672,12 + 357,80) = 12 397,37 horas

Los índices de control (expresados en porcentaje) serán los siguientes: Disponibilidad Total: % Disponib.

=

t disponible x 100 t programado

=

12 397,37 horas x 100 13 427,39 horas

=

92,33 %

Utilización Neta: % Utilizac. =

t efvo x 100 t disponib.

=

11 383,76 horas x 100 12 397,37 horas

=

91,82%

32

2.5. Análisis de los Índices de Disponibilidad y Utilización De acuerdo a los resultados obtenidos del seguimiento al equipo pesado en estudio durante un lapso de muestra, se analizan dichos resultados valiéndonos de gráficos obtenidos con la ayuda del paquete de computación y de éste modo lograr una mejor visualización de lo ocurrido con la performance de la maquinaria citada. Como ya anotamos anteriormente, el análisis de los gráficos servirá de base para la toma de decisiones y consideraciones del caso que conlleven a una optimización de las operaciones involucradas en el ciclo de explotación.

33

CAPITULO III APLICACIÓN EN MINERÍA SUBTERRÁNEA

3.1. Ciclo de Perforación, Acarreo y Transporte en Minería Subterránea 3.1.1. Acarreo Un scoop eléctrico de 2,68 m3 (3,5 yd3) tiene un rendimiento de 115 t / h para una distancia de de 50 metros horizontales lugar donde están los echaderos. La producción por guardia considerando 3,5 horas de trabajo de limpieza efectiva es de 447 t / scoop. La producción requerida por guardia es de 750 t. y se debe tener 750/447 = 1,68 scoop o sea 2 unidades. El cálculo anterior es considerado el rendimiento en labores horizontales. El número de máquinas de repuesto necesarias por cada grupo de maquinarias en operación es un tema controvertido. Es probablemente el tema menos entendido por el gran capital

de inversión. Tomando como base dos turnos diarios, se determina el número de repuestos de maquinarias, por cada tres en operación.

El número de scoop de repuesto será: 2 * 2 /3 = 1,33 La producción de un corte tomado como modelo es: 

Longitud del tajo = 300 m



Ancho promedio = 25 m



Área

= 7500 m2



Volumen

= 7500 m2 * 4 = 30 000 m3



Tonelaje

= 30 000 * 3,17 = 95 100 t (104 828 t)

El tiempo total de limpieza continúa a los echaderos y esto se calcula relacionando la producción total del corte con la producción de la maquina por día y será:

95 100 t / 2(355) t / g día = 134 g días = 67 días Donde el avance de la limpieza por guardia es de 2 frentes que hacen 710 t / g día

35

3.1.2. Transporte en Minería Subterránea El transporte se realizara con volquetes de bajo perfil con tracción en las 4 ruedas y capacidad de 15 t luego de evaluar las condiciones y realizar las comparaciones con volquetes de menor y mayor capacidad. Los volquetes se estacionaran en los echaderos y por accionamiento hidráulico de las tolvas percibirán el mineral para transportarlo a la planta concentradora.

Los datos técnicos considerados son: t : tiempos fijos de llenado de volquete y descarga

= 60 minutos

D : distancia máxima de recorrido

= 1800 m

S : velocidad promedio

= 12 km/h

L : capacidad efectiva del volquete

= 15 * 0,96 = 14,4 t

t = 1800 m *

1km * 60 min * 1 h 1000 m 1h 12 km

= 9 min

t : El tiempo del ciclo es de 24 min R = 55 L/T = 55 (14,4) /24 = 33 t/hora =

El número de volquetes necesario será: 36

36,4 t/ hora

Numero de volquetes = producción mina turno / producción volquete turno Numero de volquetes = 750 t/ (6 horas * 36,4 t/hora) Numero de volquetes = 3,43 = 4 De la misma manera podemos calcular el costo por t de esta flota de volquetes de 15 t Costos de operación :

Costos de Posesión

Costo total

US$ 4*6 horas / turno*US$ 15/ hora

:

US $ 360

:

4 volquetes * 8 horas *US $ 30/ hora

:

US $ 960

:

US $ 1320 / 792 t

:

US $ 1,67 / t

37

Fuente: Explotación Subterránea Métodos y Casos Prácticos. Puno – Perú 1995 Figura Nº 3.1 Método de explotación: Corte y relleno

38

3.1.3. Perforación con Jumbo Hidráulico El rendimiento de un jumbo de dos brazos (jumbo hidráulico) es de 800 t /guardia y la velocidad de penetración 1 m/min, barrenos de 3,9 m (13 pies) y diámetros de 40 mm . El número de jumbos hidráulicos será Nº de jumbos :

Producción / turno Rendimiento / turno

Nº de jumbos :

750 t / 800 t

Nº de jumbos :

0,94 =

1

Un jumbo hidráulico abastecerá la producción requerida por turno y necesitara 2 frentes de 8 m *4 m por turno, así permitirán mantener en operación al equipo de perforación, durante 3,5 horas efectivas por turno, que representa el uso total de su tiempo disponible. La sección de 8 m *4 m permite trabajar el equipo de perforación longitudinal y transversalmente con la seguridad aceptable para el tránsito del personal. Los jumbos de repuesto se calcula en base a un día de operación, dividido por tres: 2/3, que hacen un jumbo hidráuli39

co de repuesto. El tiempo neto de perforación es de 3,5 horas y el tonelaje por corte es de 95 100 t; como se avanzara 2 frentes por guardia tenemos: Nº de días ciclo de perforación

=

Producc. del corte Perf. Día

Nº de días ciclo de perforación

=

95100 t / 710 * 2

Nº de días ciclo de perforación

=

67 días

40

Fuente: Explotación Subterránea Métodos y Casos Prácticos. Puno – Perú 1995 Figura Nº 3.2 Método de explotación: Corte y relleno

41

CAPITULO IV ANÁLISIS DE SISTEMAS DE TRANSPORTE Y ACARREO MEDIANTE SIMULACIÓN

4.1. Marco Teórico Simulación es una de las más poderosas herramientas para analizar sistemas complejos y poder así planificar, diseñar y controlar los sistemas. La simulación es usada como metodología para resolver problemas. Simulación se entiende como el modelo que replica la realidad sin ser ella misma en un intento por comprender el mismo y poder analizar el efecto de cambios en el sistema. La simulación tiene el objetivo de entender el sistema y así poder evaluar alternativas en la operación del sistema. La finalidad de la simulación es entendida como una metodología experimental y aplicada que busca: (1) describir y entender el sistema, (2) construir las teorías e hipótesis que tomen en cuenta lo observado y (3) usar el modelo creado para predecir el futuro (Pegden, Shanon y Sadowski, 1990).

En los últimos años la simulación mediante computadoras ha crecido rápidamente debido al aumento de la capacidad de las computadoras, así como, por el desarrollo de estructuras más eficientes en el área de programación. Esto ha permitido el desarrollo de lenguajes de simulación de propósito general (Ejem. GPSS, GASP y SIMAN) permite simular sistemas en áreas específicas mediante la utilización de teoría de colas. Estos lenguajes optimizan los sistemas mediante el control y reducción de colas. Como se indico los lenguajes de programación han tendido a la especialización, así, SIMAN se construye con la influencia de tres lenguajes de programación: GPSS, GASP y SILAM. SIMAN toma las ventajas de estos lenguajes y mediante la construcción de bloques (subrutinas) hace fácil su manejo. La tarea de programación se facilita al poder enlazar los programas en SIMAN con los lenguajes de programación FORTRAN Y C++. En general todos los sistemas mineros pueden ser simulados mediante el uso de la teoría de colas, por ende mediante lenguajes de programación como SIMAN. Por ejemplo: (1) las operaciones de explotación por Tajo Abierto se basan en el control y reducción de colas. En este sistema, ocasionalmente los camiones tienen que espe-

43

rar a ser atendidos en las zonas de carguío, echaderos, talleres, etc. En el sistema mencionado existe variabilidad en los tiempos de carguío, descarga, reparación,

tiempo de llenado de combustible y

tiempo de llegada a los recursos (palas, chancadora, canchas). Estas variaciones producen tiempos de espera que reducen la capacidad de la operación siendo evidente que el aumento de camiones aumentan las colas y los tiempos de espera (Elbrond, 1984); (2) en el sistema de fajas transportadoras el material debe ser descargado y transportado por fajas a un ritmo que permita un balance entre la carga recibida, carga transportada y descarga. Las tolvas tienen una cierta capacidad de almacenamiento que es el número máximo de unidades en la cola. Así mismo, la tolva de descarga tiene una capacidad finita, por ende un número máximo de unidades en la cola; (3) en un sistema de explotación subterráneo la capacidad de los scooptrams tienen que ser balanceada con la capacidad de los camiones y producción. El balance se obtiene mediante la reducción de colas y tiempos de espera. Estos sistema debido a la tendencia a la formación de colas, pueden ser simulados tomando todas las ventajas de los lenguajes de programación de propósitos general.

44

Los objetivos de la simulación mediante un lenguaje de programación, como el SIMAN, son crear un modelo que represente en la mejor forma el sistema minero con la finalidad de optimizar las operaciones en función de la producción, la reducción de colas y la eliminación de los llamados “cuellos de botella”.

4.2. Conceptos de Simulación 4.2.1. El Proceso de Simulación

La esencia de la simulación es la de ayudar a resolver un problema. Los siguientes pasos deben ser tomados para desarrollar un estudio de situación (Pedgen, Shannon y Sadowski, 1990); definición del problema, planeamiento del proyecto, definición del sistema, formulación conceptual del modelo, diseño experimental preliminar, preparación de datos de entrada, elaboración del algoritmo, verificación, validación, diseño final, experimentación, análisis e interpretación de resultados.

4.2.2. Objetivo de Simulación

Simulación se entiende como la creación de un modelo que replique un proceso o sistema real y los eventos que 45

ocurren en el tiempo. Su objetivo es modelar un proceso o sistema para entender el comportamiento del mismo, y de esta forma analizar el proceso, ver los efectos de posibles cambios, predecir el funcionamiento y evaluar las estrategias para operar el sistema.

4.2.3. Definición del Problema y Planeamiento del Proyecto

La correcta definición del problema es el primer paso para modelar un sistema. Una incorrecta definición del problema conlleva a una formulación inadecuada y a resultados que no son de utilidad. Los estudios de simulación son necesarios cuando un problema necesita ser resuelto, si no existe el problema no existe la necesidad de modelar. Para comenzar el análisis, suficiente información debe ser recopilada, por ejemplo en un sistema de transporte puede existir un “cuello de botella” que representa el problema; se hace necesario definir este problema e identificar los factor que son relevantes. En operaciones de tajo abierto se puede definir el problema como la creación de colas en las zonas de carguío y descarga de materiales. La solución del problema es minimizar o eliminar estas colas maximizando la productividad. El 46

modelo debe identificar porque se producen estas colas y si existen “cuellos de botella” en el sistema.

4.2.4. Definición del Sistema y Formulación del Modelo Se debe identificar y detallar los componentes del sistema que contribuyen a que este sea eficiente. Luego de determinar los componentes, se debe analizar cuáles de los componentes son relevantes, cuales pertenecen al sistema y cuáles deben ser tratados como componentes externos al sistema (ejem. Datos de entrada). La definición y formulación es importante en esta etapa, pues no se debe simplificar el sistema debido a que sus resultados pueden no captar eventos que son relevantes. Identificados los componentes relevantes al sistema se debe definir las funciones y las relaciones entre los componentes; estas definen la lógica del modelo (estructura del modelo)

Se debe definir cuáles son las medidas para medir la efectividad del modelo. La identificación de las variables del sistema y el grado de variaciones es necesario para que el modelo represente adecuadamente al sistema y para que los datos generados sean validos. El diseño experimental deter47

mina el tipo de análisis que se debe emplear para realizar el análisis estadístico.

4.2.5. Datos de Entrada

El análisis debe incluir el tiempo de datos de ingreso. Por ejemplo, en la simulación de colas se debe determinar si las entidades arriban de acuerdo a una determinada distribución, si el tiempo en que un recurso es utilizado tiene una tendencia, etc. En este punto, se debe reconocer si las actividades siguen modelos determinísticos o probabilísticas. Si usamos modelos probabilísticas se debe fijar la distribución que siguen los datos experimentales o asignar una distribución empírica. En los modelos que representan sistemas que tienen datos históricos de sistemas similares, los datos de ingresos son aquellos. Un ejemplo es un proyecto de transporte mediante palas y camiones; en este caso existen datos históricos tomados de sistemas similares o manuales que indican tiempos estándar o tiempos que siguen una distribución determinada.

El análisis actual, mediante modelos estocásticos ha tendido a mostrar un cierto grado aleatorio en las actividades 48

dentro del sistema. El hecho de incluir un grado de variabilidad e las actividades da flexibilidad al modelo. Por ejemplo (1) que ocurre en el sistema de transporte mediante palas y camiones si el tiempo de carga se disminuye en 10% (2) que ocurre en el sistema de camiones y faja transportadora si la velocidad de la faja transportadora aumenta en 10%, (2) como es afectada la productividad de la pala debido a la habilidad del operador. Debido a que existe un grado de variabilidad en el evento es necesario hacer un análisis de sensibilidad mediante modelos estocásticos y de eventos es necesario un análisis de sensibilidad mediante modelos estocásticos y de esta manera determinar la influencia de las actividades relevantes en el sistema.

4.3. Aplicación de Modelos de Simulación en Minería 4.3.1. Animación La animación es la representación visual del sistema. La finalidad inicial fue mostrar los resultados del programa de simulación sin embargo, estas eran solo vistas que dan una vista general del sistema, como una fotografía, sin mostrar lo que ocurra dentro del sistema.

49

En la actualidad se ha desarrollado los lenguajes de tal manera que permitan la animación del sistema simulado, de esta manera se puede controlar visualmente lo que ocurre dentro del sistema simulado. En el caso de GPSS se ha desarrollado el GPSS/PC con un modelo de simulación aún con mejores cualidades, esta versión de conoce como GPSS WORLD.

El lenguaje de programación SIMAN, es popular en varias aplicaciones, desde simulación de procesos industriales a procesos mineros. Se atribuye que la primera simulación de procesos mineros fue realizada por Gary Baumach quien modelo la mina de Eylandt Mine en Australia, propiedad de la BHP en 1988. SIMAN desarrolla en modelo ARENA que sirve para animar modelos de simulación rápidamente usados íconos que pueden ser seleccionados.

4.3.2. Teoría de Colas en Procesos Mineros La teoría de colas ofrece una alternativa para estimar los tiempos de espera debido a su relativa rapidez de cálculo y simplicidad comparada con la simulación mediante la generación de números aleatorios. Algunas veces la teoría de co50

las puede reemplazar completamente la simulación; algunas veces él ofrece un interesante complemento a la simulación de un sistema de carguío y transporte de camiones y palas, provee la información necesaria para la distribución rápida de los equipos. Las situaciones de tiempos de espera que se pueden presentar en este sistema de transporte son: tiempo de espera en un circuito cerrado, circuito con servidores en paralelos y varios servidores (Elbrond, 1984). 4.3.2.1. Tiempo de Espera en un Circuito Cerrado El tiempo de espera de los camiones que retornan a la pala es función del tiempo de servicio, la desviación estándar, el tiempo de retorno de los camiones, la desviación estándar de este tiempo y el número de camiones. 4.3.2.2. Circuitos con Dos Servidores en Paralelo Una estación de servicios consiste en dos o más servidores trabajando en paralelo. Este puede ser el caso de una chancadora primaria con capacidad de dos cargas de camión al mismo tiempo.

51

4.3.2.3. Distintos Circuitos En una mina de cielo abierto diferentes circuitos se juntan en la chancadora primaria. Se pueden mencionar los circuitos siguientes: a) El Sistema con dos Circuitos En un sistema de dos circuitos los camiones se dividen entre dos circuitos (N1 y N2) de producción de las palas y los tiempos tomados en cada circuito. Estos ciclos no son completamente conocidos desde que ellos pueden incluir los tiempos de espera en las palas y en la chancadora. La distribución inicial se hace de acuerdo a la división y los ciclos de tiempo (sin tiempos de espera). El tiempo de espera en las palas es luego calculado usando un procedimiento desarrollado mediante teoría de colas. El paso siguiente es ajustar la distribución de los camiones en los dos circuitos usando nuevos ciclos los cuales incluyen los tiempos en las colas en las palas y en los echaderos. El procedimiento se reitera hasta encontrar una solución que se repita. 52

b) Número de Camiones No es un Número Entero La distribución de camiones ocurre con una aproximación cuyo valor esperado no es un número entero. Debido a esta circunstancia el procedimiento debe ser ajustado para aproximar a un número superior o inferior de acuerdo a un criterio.

c) Líneas de Espera Después de Interrupciones Adicional tiempo de espera se produce debido a cambios de turno, paralizaciones por desperfectos y descansos de personas. Debido a cambios de turno se puede encontrar una cola inicial mayor de lo normal debido a que los camines parten del mismo lugar al mismo tiempo para arribar en grupo al mismo tiempo. Otro ejemplo de interrupciones es el que ocurre por desperfectos de las palas o cargadores frontales, estos desperfectos pueden o no afectar el programa de los camiones. Si un despachador usa los camiones serán dirigidos a otras palas que tengan capacidad, Si las otras palas trabajan a capacidad no ocurre una re-programación de 53

los camiones; en este caso, los camiones forman cola hasta que la pala es reparada. La pala a ser puesta en operación genera tiempos de espera de los camiones en forma proporcional al tiempo de carguío d) Varios Circuitos con el Mismo Echadero Una ampliación de dos circuitos ocurre cuando existe un solo echadero o chancadora que recibe la descarga de varios circuitos. El tiempo de retorno en los circuitos es afectado por la posible formación de colas en el echadero. e) Varios Circuitos en Mineral y Desmonte El procedimiento se puede ampliar al incluir circuitos entre transporte de mineral y desmonte. Los camiones son distribuidos de acuerdo al tiempo y capacidad de producción de cada pala el cual debe incluir la relación desmonte a mineral. En general estos sistemas no tienen tiempo de espera en los echaderos de desmonte.

54

4.3.2.4. Disponibilidad En los sistemas mencionados se han asumido que el cien por ciento de equipo es disponible. Los equipos trabajan de acuerdo a la capacidad necesaria de producción; solo se ha considerado paralizaciones de las palas que no conllevan a una reprogramación de los camiones. El efecto debe considerar la disponibilidad de camiones y palas. La definición convencional de disponibilidad mecánica de los camiones es la división entre las horas de trabajo entre la suma de las horas trabajadas y las horas en reparación y mantenimiento. Se entiende que las horas operativas de los camiones incluyen el tiempo de espera en colas en el área de las palas y en los echaderos. Los tiempos de reparación y mantenimiento incluyen el tiempo en los talleres de mantenimiento.

55

4.4. Simulación Mediante Siman 4.4.1. Origen de Siman

La versión original de SIMAN fue desarrollada por Pegden en la Universidad de Alabama en los Estados Unidos para luego continuar su trabajo en la Universidad de Pennsylvania State University en el mismo país. SIMAN fue diseñado en primera instancia como un lenguaje de simulación general de propósito múltiple (debido a la aplicabilidad del lenguaje para modelar sistemas industriales). El lenguaje fue diseñado de acuerdo a un modelo lógico propuesto por Seglar en la cual la simulación es separada en dos estructuras o frames: (1) la estructura de modelo (“the model frame”), y (2) el estructura experimental (“The experimental frame”) muchos de los conceptos de SIMAN han sido tomados de GPSS (General Purpose Simulation System), desarrollado por Geoffoery Gordon y GASP desarrollado por Philips Kiviat.

4.4.2. Como Trabaja Siman SIMAN es un poderoso lenguaje usado para la simulación de eventos discretos, continuos o combinados. Los sistemas discretos pueden ser modelados usando procesos ite56

rativos o fijados mediante una duración fija. Los sistemas continuos pueden ser modelados mediante funciones algebraicas, diferencias y ecuaciones diferenciales. La combinación de los modelos resulta en modelos de sistema discretos y contínuos SIMAN se ha diseñado con un modelo lógico que considera dos estructuras: (1) modelo y (2) experimento. El modelo describe los componentes físicos de los elementos del sistema (máquinas, trabajadores, puntos de almacenamiento, medios de transporte, partes del flujo), y sus relaciones lógicas. El experimento define las condiciones experimentales bajo el cual el modelo trabaja incluyendo elementos como condiciones iniciales, la disponibilidad de recursos, el tipo de datos estadísticos y la duración de corrido del programa. El experimento también define las especificaciones del programador en características tales como la disponibilidad del recurso, el trayecto de las entidades dentro del modelo. Debido a que las condiciones del experimento son externas al modelo, ellas pueden ser cambiadas fácilmente sin afectar la definición básica del modelo

57

Cuando el modelo y el experimento han sido definidos, ellos se unen o juntan mediante un comando de ejecución de SIMAN (link) para generar una respuesta del sistema. SIMAN automáticamente archiva las respuestas específicas del experimento. El procesador de salida de SIMAN puede generar gráficos, tablas, histogramas e intervalos de confidencia de los datos archivados (Pedden, Shannon y Sadowski, 1990).

Fuente: Elaboración Propia. Figura Nº 4.1 Modelado mediante SIMAN.

4.4.3. Concepto Básico para Crear Modelos SIMAN utiliza bloques que cumplen una función determinada dentro del programa. Las entidades utilizan dichos bloques para movilizarse dentro del sistema de acuerdo a sus características definidas como atributos. La definición de algunos conceptos y bloques sigue a continuación.

58

4.4.4. Entidades, Atributos y Procesos En los sistemas discretos, motiva del presente estudio, SIMAN usa procesos orientados donde las entidades se mueven en el sistema causando cambios en el camino en el mismo. Dentro del sistema puede haber muchas entidades las cuales pueden tener características específicas. Estas características se definen como atributos. En sistemas mineros por ejemplo, la entidad pueden ser conductores de camiones que son asignados a determinado camión. Cada conductor tiene atributos asociados, por ejemplo, tipo de camión asignado, o prioridades (camiones cargados o descargados, camiones de subido o bajada, etc.). En el mismo sistema las entidades pueden ser los camiones que tienen atributos especiales de acuerdo el material que transportan, al tonelaje otra forma de identificar el camión. 1. El término proceso en SIMAN es usado para indicar la secuencia con la que la entidad se mueve dentro del sistema. Los procesos son estáticos y son activados por las entidades. 2. Diagramas de Bloques. Los procesos son modelados 59

usando diagrama de bloques. Son diagramas mostrando la secuencia con la que las entidades se desplazan en el sistema.

Fuente: Elaboración Propia. Figura Nº 4.2 Diagrama de bloques.

4.4.5. Tipos de Bloques Existen alrededor de 40 distintos procesos que han sido agrupados dentro de bloques para permitir un mejor manejo del lenguaje, mediante bloques que ejecutan determinados procesos dentro del sistema. Existen bloques básicos que se han incluidos en la gráfica correspondiente. Una clasificación aún más corta permite separar los bloques de acuerdo a funciones comunes. a) Hold Block Son los bloques que mantienen las entidades en una etapa del proceso. Si un proceso o una máquina no pueden 60

ser utilizado es necesario un bloque donde las entidades puedan esperar. b) Transfer Blocks El bloque de transferencia mueve las entidades de una posición a otra. Por ejemplo un camión tiene que moverse de una posición a otra, esto se puede lograr mediante un bloque de transferencia llamado TRANSPORT.

c) Bloques de Operación (Operating Bloks) El bloque de operación cumple una función determinada dentro del sistema. Estos son los bloques más importantes dentro del programa pues muestran las actividades y operaciones que integran el sistema.

61

Fuente:

Seminario: “Selección de Equipo y Maquinaria en la Industria Minera”

Figura Nº4.3 Ejemplo de Simulación de Carguío y Transporte en un Tajo Abierto

62

4.4.6. Definición del Sistema

El sistema propuesto es el carguío y transporte en un tajo abierto. El caso es hipotético habiéndose añadido características especiales tales como reparaciones y desperfectos. El programa desarrollado no utiliza todos los bloques requeridos debido a las limitaciones del compilador educativo del programa SIMAN usado para desarrollar el algoritmo.

4.4.7. Definición del Problema

El modelo simula las operaciones de carguío y transporte en un tajo abierto donde existen tres cargadores frontales que trabajan sobre mineral y desmonte. El problema es determinar el tamaño de flota, así como encontrar los cuellos de botella si lo hubiera. El programa es generar permitiendo de esta manera comparar diferentes equipos de carguío.

63

4.4.8. Objetivos La optimización de los sistemas de carguío y transporte en open pit tiene la finalidad de minimizar los costos operativos mediante la maximización de la utilización del equipo utilizado, reducción de colas y maximización de productividad. El programa presentado puede alcanzar estos tres objetivos y por ende, minimizar los costos de operación si se define el tipo y capacidad de equipo a usarse; si este no fuera el caso, se encuentra una solución óptima para cada tipo de equipo y luego se puede encontrar la solución óptima de la flota. Como se indicó, una de las maneras de optimizar el equipo es mediante la maximización de la producción del equipo. La productividad de la pala aumenta a medida que se incrementa el número de camiones hasta alcanzar un máximo, esto es debido a que la pala ha alcanzado su máximo productividad. A partir de este momento e incremento de número de camiones hace crecer las colas de espera. Teóricamente la producción de las congestiones. La solución óptima se ha alcanzado, pero si es que la flota de camiones tuviera que trabajar por haber sido sobredimensionada, la solución sería incre-

64

mentar una pala más en operación con el mismo número de camiones (los costos fijos se reducen).

La productividad de los camiones permanece constante hasta que la capacidad de la pala ha sido excedida, esto debido a que aparecen las colas. La productividad de los camiones empieza a decrecer con cada camión adicional en el sistema.

4.4.9. Condiciones

El sistema está construido por camiones que transportan el mineral y desmonte desde los puntos de carguío a la tolva de mineral o cancha de desmonte según el caso. Para optimizar el programa se trata de validar la presencia de un despachador. El uso de un despachador nos permite variar la producción y de esta manera validar un programa de mayor aplicabilidad. El carguío se realiza con palas mecánicas o cargadores frontales. Los tiempos de carguío, descarga, demora por reparaciones de la pala y camiones, se han asignado mediante distribuciones probabilísticas, las capacidades de carga de las palas y camiones se definen como variables. La velocidad se los camiones se ajustan de acuerdo al tramo de recorrido y pendiente. 65

Fuente: Seminario: “Selección de Equipo y Maquinaria en la Industria Minera” Figura Nº4.4 Modelo de ruta.

4.4.10. Simulaciones Programadas 4.4.10.1.

Objetivos de las Simulaciones

El objetivo del programa es simular un sistema de transporte en un tajo abierto que tome las particularidades generales del sistema permitiendo hacer un programa de uso general. Las simulaciones tienen el objetivo de establecer rangos de trabajo que sean de ayuda en la toma de decisiones. Se puede ver el efecto del incremento o reducción del número de camiones sobre la producción del sistema; existirá un punto

66

donde no se incrementa la producción pues se formará dentro de la producción programada.

Un segundo objetivo de la simulación es que permite entender las relevancias de los ciclos de tiempo. La simulación nos permite fácilmente determinar el efecto que tiene un aumento o disminución del tiempo de los ciclos sobre la producción y la optimización del número de camiones.

El tercer objetivo de la simulación es determinar el efecto que tiene la existencia de tiempos de reparación (no preventiva) o desperfectos de los camiones.

4.4.10.2. Toma de Datos El sistema propuesto es un sistema donde existen subsistemas que corresponden al trabajo de cada pala. Debido a eso, se harán corridas como si cada subsistema fuera independiente. El programa considera que existen 3 palas, entonces, si mantenemos fijos dos sistemas (el número de camiones), mientras que en el tercer sistema se incrementa el número de

67

camiones se optimiza este subsistema. De igual manera, se procede con el primer subsistema y luego el segundo. Luego de optimizar los subsistemas procedemos a optimizar el sistema en un conjunto, pues se conocen los rangos donde se encuentra la solución óptima. Una vez optimizado el sistema en su conjunto se puede analizar el efecto de los desperfectos sobre la solución óptima.

4.4.10.3. Análisis de Resultados de las Simulaciones

Como se indicó se han tratado de lograr los tres objetivos del programa mediante simulaciones repetitivas. De acuerdo con la metodología seguida, primero se optimizan los subsistemas y luego el sistema.

4.4.10.4. Optimización de Subsistemas

Para poder visualizar los resultados de las simulaciones se ha elaborado el Figura Nº4.5 del cual se puede concluir la producción aumenta hasta que se tiene 5 camiones trabajando en cada pala, esto es, la producción se mantiene o disminuye si se incrementa 68

camiones sobre la solución de cada sub sistema (15 camiones en total). En la figura Nº 4.6 muestra los resultados del programa con la finalidad de controlar la formación de colas en los sub sistemas. De la Figura Nº4.6 se puede observar que las colas aumentan moderadamente hasta que se tienen 5 camiones trabajando en cada pala, después la pendiente de formación de colas aumenta significativamente indicando que el sistema empieza a tener problemas. La figura Nº4.7 muestra la variación de la utilización de la pala (dentro del ciclo efectivo de trabajo), con el incremento del número de camiones en cada pala. Se puede observar que las palas 1 y 2 que trabajan en mineral alcanzan su máxima utilización cuando trabajan 5 camiones en cada una, en cambio, la pala 3 alcanza su máxima utilización cuando trabajan 6 camiones. Del análisis de los resultados de las simulaciones se concluyen: 69



La pala 1 alcanza su máxima producción cuando trabaja con 5 camiones, a línea recta (ver figura Nº 4.8. La utilización se alcanza su máximo valor a la interferencia con los otros subsistemas pues las colas, como se indicó, se inician cuando se tiene 4 camiones en el sistema (ver Figura Nº 4.6).



La pala 3 alcanza su máximo producción cuando trabaja con 5 camiones, al aumentar el número de camiones disminuye la producción por efecto de la formación de colas. La utilización se alcanza su máximo valor cuando el número de camiones en 6 para luego mantenerse constante. De los resultados y gráficos se puede observar

que es más fácil analizar el subsistema de la pala 3. Esto es debido a que esta pala trabaja con desmonte, las rutas son distintas en el exterior del tajo (hacia los echaderos). Los camiones que trabajan con minerales tienen que tomar un recurso común (la planta), por tanto, existe interferencia entre los subsistema de la pala 1 y 2.

70

Debido a lo expuesto, se tiene que alcanzar el segundo objetivo, encontrar el número óptimo de camiones para cada pala a partir de la solución óptima de subsistemas.

Fuente: Seminario: “Selección de Equipo y Maquinaria en la Industria Minera” Figura Nº4.5 Número de Camiones por Pala VS Producción Pala.

71

Fuente: Seminario: “Selección de Equipo y Maquinaria en la Industria Minera” Figura Nº4.6 Número de Camiones por Pala VS Producción Pala.

Fuente: Seminario: “Selección de Equipo y Maquinaria en la Industria Minera” Figura Nº4.7 Utilización de Palas VS Número de Camiones por Pala.

72

4.4.10.5. Optimización del Sistema

Para optimizar el sistema partiremos de la solución óptima de los subsistemas. De acuerdo con los resultados de los subsistemas podemos hacer combinaciones de flota entendiendo que la solución del sistema debe variar entre 14 y 16 camiones (alrededor de 5 camiones por pala). La solución óptima puede variar de acuerdo a los objetivos del analista, podemos optimizar el sistema de transportes de mineral sin que esto signifique que se ha optimizado el sistema, o se puede optimizar el sistema incluyendo la producción de desmonte.

La Figura Nº 4.8 muestra el comportamiento del sistema de acuerdo a las combinaciones de flota indicada en el cuadro Nº 4.1. De ellas se observa que la solución óptima en mineral se halla cuando trabajan 5 camiones en la pala 1, 4 camiones en la pala 2 y 5 camiones en la pala 3. Sin embargo, la solución del sistema se encuentra cuando la flota está compuesta de 5 camiones trabajando con la pala 3. Esto puede 73

deberse a que la producción de mineral se reduce debido a interferencias de los camiones trabajando en mineral (dado que tienen el mismo destino), mientras que la producción de desmonte no tiene las mismas interferencias o cuellos de botella pues tiene origen y destino diferentes.

La Figura Nº4.9 muestran las utilizaciones de las palas de acuerdo a la combinación de flota. Del gráfico se puede observar que existe poca variación de utilización de las palas para cada combinación de flota, esto es de esperarse pues las palas empiezan a tener su máxima utilización cuando cada pala tiene 5 camiones asignados (rango de solución óptima).

74

Cuadro Nº 4.1

COMBINACIÓN

CAMIONES CAMIONES CAMIONES TOTAL PALA 1 PALA 2 PALA 3

1

6

5

6

17

2

5

6

6

16

3

5

4

5

14

4

5

4

6

15

5

5

6

6

16

Fuente:

Fuente: Seminario: “Selección de Equipo y Maquinaria en la Industria Minera” Figura Nº4.8 Combinación de Flota VS Utilización de Pala.

75

Semina

Fuente: Seminario: “Selección de Equipo y Maquinaria en la Industria Minera” Figura Nº4.9 Combinación de Flota VS Producción.

4.4.10.6. Efectos de Cambios en los Parámetros de Desperfectos

Entendiendo que en sistemas mecanizados el generador del costo son horas máquinas se trata de hacer un análisis de sensibilidad mediante la variación de los parámetros de la distribución asignada a los desperfectos en la estructura experimental de programa.

Como es lógico, los resultados muestran una

76

reducción de la utilización de la pala, está reducción no sigue una tendencia esperada debido a que se usa una distribución exponencial que represente la ocurrencia de desperfectos, por tanto, existe alta variabilidad en la ocurrencia de un desperfecto. Los resultados cuando se varió el tiempo que demora una reparación, en este caso los resultados son los esperados. El aumento del tiempo de reparaciones de 10 minutos a 60 reduce la utilización de las palas de 95% a 75% por consiguiente, se puede concluir que el sistema es más sensible a la duración de las reparaciones que a la frecuencia de la misma. Obviamente si ambas posibilidades se combinan los resultados afectarían significativamente el sistema.

4.4.10.7. Efectos de la Duración de los Ciclos sobre el Sistema

La finalidad de analizar los ciclos es entender como la estabilidad del sistema es afectada por el tiempo de duración de un ciclo.

77

En el caso hipotético se tiene distancia de acarreo cortas, por tanto, es de esperar que los ciclos no sean afectados significativamente por el inicio del ciclo. El inicio del ciclo en este caso son 15 camiones son distribuidos a 3 palas formando en ese momento colas en las tres palas; la estabilidad del sistema se logra cuando el sistema es independiente del estado inicial, este estado, sin embargo, es interrumpido por los desperfectos de las palas, aunque, como se demostró la rapidez del tiempo de reparación reduce la influencia de la ocurrencia de la misma.

La Figura Nº 4.10 muestra los resultados cuando se varía el ciclo de tiempo, se puede observar que los resultados muestran una inestabilidad cuando el sistema tiene una duración de entre 480 a 1440 minutos para luego encontrar una estabilidad.

Se puede concluir que el sistema encontrado está afectado por el estado inicial debido a que se consideró en el programa que el ciclo tiene 6 horas efectivas de trabajo. Si este ciclo se reduce a 2 horas por

78

ciclo (debido al almuerzo o cena) el efecto del estado inicial sobre los resultados es mayor.

Fuente:

Seminario: “Selección de Equipo y Maquinaria en la Industria Minera”

Figura Nº 4.10 Producción de Pala VS Continuidad de Operación.

79

CONCLUSIONES 

El planeamiento de minado ya sea a corto o largo plazo es fundamental para la optimización de utilización y disponibilidad de los equipos, ya que de eso dependerá el porcentaje de cumplimiento dentro de la operación con respecto a los equipos que en ella se desenvuelven.



En el ejemplo citado en minería subterránea nos damos cuenta que el ciclo de de duración óptima de un corte es de 67 días (25 días por mes) con un rendimiento: Producción / corte

=

104,828 t

Nro. cortes al año

=

4,48

Nro. de tajos

=

1

Duración de un bloque =

2,2 años

Lo que nos indica que acelerando la preparación de las bolsonadas, la mina podrá incrementar su producción a 3000 t/día tan solo con la adquisición de equipo adicional de perforación y limpieza. 

La simulación es una valiosa herramienta para analizar sistemas de acarreo y transporte en minería, su importancia es relevante en una industria que tiende a procesos continuos mediante la implementación de tecnología innovativa.



La simulación de un sistema de acarreo en una mina de explotación superficial mediante el lenguaje de programación SIMAN nos permite analizar el sistema de manera rápida y sencilla, permitiéndonos hacer cambios en el mismo con la finalidad de entender el sistema y ver los efectos de los cambios en el sistema. Algunos de los componentes del sistema puede influir más o menos en lo mismo; lo importante es reconocer su influencia y controlarla.

81

RECOMENDACIONES 

Debemos comprender que la utilización de equipos y la buena administración de estos hará la diferencia entre una “buena producción” y una “optima producción” minimizando los tiempos muertos y aumentado su productividad lo cual se verá reflejada en el análisis de costos de producción.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA



MALDONADO, Roberto. SEMINARIO; (1996), “Selección de Equipo y Maquinaria en la Industria Minera”. Lima - Perú.



UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO; (1995), “Explotación Subterránea - Métodos y Casos Prácticos”. Puno – Perú.



UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN; (1986), “Análisis de los Índices de Disponibilidad y Utilización del Equipo Pesado”, Tacna – Perú.

ANEXOS

ANEXO 1

TABULACIONES PARA: CÁLCULO DE EQUIPO DE EXCAVACIÓN

86

87

88

ANEXO 2

MODELO MATEMÁTICO: PROGRAMA DE DESBROCE DE PRE- PRODUCCIÓN

90

91

92

93

94

ANEXO 3

DESARROLLO DE: 36 PERFILES DE ACARREO PARA EL CÁLCULO DE LAS UNIDADES DE ACARREO

96

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121