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Industria 4.0

Minería digital

El uso de tecnologías dota de mayor productividad y seguridad a una actividad insalubre y de alto riesgo

Camiones autónomos en el yacimiento Brucutu, en Minas Gerais: los vehículos gastan menos combustible y tienen una mayor vida útil

Daniel Mansur/ Vale

Quien visita la mina de Brucutu, un yacimiento de mineral de hierro que explota a cielo abierto la multinacional minera Vale en el municipio brasileño de São Gonçalo do Rio Abaixo, en la región central del estado de Minas Gerais, notará el constante trajinar de gigantescos camiones amarillos. Con capacidad para transportar 240 toneladas de carga en cada viaje, llevan el mineral extraído de la mina hasta el área de descarga, donde ese material será procesado. Los 13 vehículos de la marca Caterpillar que integran la flota deambulan sin chofer en sus cabinas, se los monitorea desde salas de comando, por medio de sistemas computarizados, GPS, radares e inteligencia artificial (IA).

Esta iniciativa, fruto de seis años de investigación y ensayos, fue implementada en forma progresiva a partir del segundo semestre de 2018 y transformó a Brucutu en la primera mina que opera vehículos autónomos en Brasil, dotando así de mayor seguridad a la operación. Los camiones, que poseen sensores que detectan objetos y personas en su trayecto, se detienen cuando se topan con un obstáculo, hasta que el camino quede liberado, evitando colisiones y atropellos. Como las cabinas no cuentan con choferes, se reduce la cantidad de trabajadores expuestos en áreas de riesgo, tales como los sitios donde se realizan las operaciones en donde se desplazan toneladas de rocas. Esta innovación genera economía. “Estimamos que el consumo de combustible y los costos de mantenimiento disminuyeron un 10%, y la vida útil de los equipos se elevó en un 15%”, comenta Hélio Mosquim, gerente de Innovación en Tecnología de la Información de la compañía.

Según los expertos del sector, los camiones autónomos de la empresa Vale constituyen uno de los ejemplos del modo en que las tecnologías digitales pueden incrementar la seguridad y la productividad en la minería, una industria en las que están implicadas las explosiones, riesgo de derrumbes, vibraciones, niveles elevados de ruido, movimiento de cargas pesadas y el uso de materiales tóxicos. Las empresas del sector también recurren a sistemas de detonación remota de rocas, control online del desplazamiento de equipos y trabajadores, drones que realizan reconocimiento geofísico del suelo, sensores integrados a un software de video analytics para el monitoreo de represas y plataformas de IA que analizan en tiempo real en contenido del mineral explotado.

“La minería es una actividad insalubre, pero necesitamos a los mineros, que representan la base de gran parte de lo que consumimos. La solución de una buena parte de los problemas consiste en automatizar todo lo que sea posible”, dice el ingeniero de minas Giorgio de Tomi, director del Núcleo de Investigación para una Minería Responsable de la Universidad de São Paulo (NAP.Mineração-USP). La minería del futuro, pondera Giorgio de Tomi, será totalmente autónoma, sin la presencia de empleados en áreas de riesgo, y se concretará con un uso intensivo de la inteligencia artificial y el aprendizaje de máquina en el análisis de datos. El objetivo es generar productividad y determinar la forma más sostenible y económica de aprovechar las reservas minerales cada vez más escasas y localizadas en regiones remotas y profundas.

Uno de los mayores emprendimientos tecnológicos de la minería global lo lidera la compañía sueca Luossavaara-Kiirunavaara Aktiebolag (LKAB). Suecia se destaca por el desarrollo de soluciones en tecnología de punta para el sector minero. La minera se ha puesto como meta para 2030 llegar a las reservas de mineral de hierro depositadas a casi 2 kilómetros (km) de profundidad en las minas de Kiruna y Malmberget. Al cabo de 100 años de explotación, las vetas minerales más notorias de esas dos reservas ya se encuentran en fase de agotamiento.

La minería del futuro no tendrá trabajadores en áreas de riesgo, dice Giorgio de Tomi, de la USP

Para posibilitar la extracción en minas tan profundas, un consorcio multinacional de empresas integrado por ABB, Epiroc, Combitech y Volvo Group desarrolla tecnologías capaces de perforar, extraer y transportar el mineral en forma autónoma y electrificada, para evitar la emisión de dióxido de carbono (CO2), a una profundidad en la cual no hay conectividad, dado que existe una fuerte interferencia en la transmisión de las señales de telecomunicaciones, que se ven afectadas por las explosiones y temblores del terreno.

En Brasil, la firma Vale, la mayor minera del país y una de las líderes globales del sector, firmó al final de 2019 un convenio por 21 millones de reales con la operadora Vivo para implementar una red privada Long Term Evolution (LTE/ 4G), para la transmisión de datos en áreas remotas para todas sus unidades en territorio nacional. La mina de Carajás, en el estado de Pará, estará conectada ya en este primer semestre. Según informa Mosquim, de Vale, el sistema brindará soporte para la implementación de máquinas trepanadoras y vehículos autónomos. La idea es poder contar con 37 camiones autónomos en Carajás para 2024.

El proceso de transformación digital de Vale, que comenzó en 2016, cobró fuerza hace dos años, cuando la compañía inició un programa  que prevé inversiones por 467 millones de dólares hasta 2023 para avanzar rumbo a la industria 4.0. En la ciudad de Nova Lima (MG) se armó un Centro de Operaciones Integradas con el propósito de integrar la cadena productiva y las diversas áreas de negocios por medio de tecnologías digitales.

Tal como explica Mosquim, cada unidad trabajaba en forma independiente. Hoy en día, se dispone de algoritmos que analizan la demanda para establecer el ritmo de producción y el embarque en buques de una mezcla de mineral con el contenido de hierro adecuado para el proceso productivo de cada cliente siderúrgico, agregando valor al producto. Se estima que la iniciativa generará dividendos anuales por más de 600 millones de dólares.

Al comienzo de 2019, Vale inauguró un Centro de Inteligencia Artificial en Vitória (ES) para desarrollar soluciones para sus áreas de negocios. Uno de los proyectos pioneros es la optimización del proceso de producción de pellas o pellets, los pequeños aglomerados de mineral de hierro que se utilizan en las siderúrgicas. El análisis de datos por medio de técnicas de IA permitió un balance más eficiente entre el carbón y el gas natural que se utilizan en los procesos de peletización, reduciendo en un 7% el consumo de esos insumos.

Ricardo Teles/ Vale Sala de control de camiones de la empresa ValeRicardo Teles/ Vale

Monitoreo de represas
El rompimiento de la represa de Brumadinho (Minas Gerais) el 25 de enero de 2019, una tragedia que dejó un saldo de 249 muertos y una estela de destrucción ambiental, obligó a Vale a replantearse su proceso de monitoreo de represas. La empresa creó un Centro de Monitoreo Geotécnico en Minas para realizar un seguimiento en tiempo real de la situación de 111 estructuras de riesgo en el país. La tecnología empleada utiliza sensores integrados a software de video analytics, en los cuales los algoritmos analizan datos, proyectan problemas eventuales y disparan alertas preventivos para los equipos técnicos de monitoreo que trabajan en forma ininterrumpida.

Para almacenar los desechos minerales, Vale recurre al procesamiento en seco, una tecnología que prescinde del uso de represas. Para 2023, el 70% de la producción se procesará mediante métodos en seco. La compañía será la primera minera que utilizará a escala industrial la tecnología desarrollada por NewSteel, empresa que adquirió recientemente. Otro de los métodos que empleará es el amontonamiento de descartes.

Las tragedias ocurridas en Brumadinho y Fundão, la represa de Samarco en Mariana (Minas Gerais), que se rompió en 2015 y costó 19 vidas humanas y la contaminación del río Doce, dejaron muy clara la necesidad de un monitoreo sistemático del volumen y de las características del lodo compuesto por los desechos que aún contienen esas dos represas y del material que derramado hacia el cauce de los ríos afectados. El monitoreo realizado en Brumadinho, Mariana y en las vertientes afectadas por los desastres tienen como objetivo evitar nuevos daños y proveer informaciones para el plan de recuperación ambiental. Esa labor la realizan los prestadores de servicios que emplean los datos provistos por los drones de la startup paulista XMobots (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 211).

Agencia Vale Centro de Inteligencia Artificial de la empresa Vale: mejor aprovechamiento de las reservas mineralesAgencia Vale

Con la ayuda del programa Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe), de la FAPESP, XMobots desarrolló el único dron brasileño certificado por la Agencia Nacional de Aviación Civil (Anac) para volar por encima de los 120 metros y fuera del alcance visual, efectuando vuelos de hasta 30 km. Uno de los socios fundadores de XMobots, Giovani Amianti, explica que los drones de la empresa operan en forma autónoma, desplazándose por grandes distancias con la ayuda de GPS y sensores. Son drones diferentes a aquellos que requieren del telecomando de un operador en tierra empleando un control remoto, lo que limita su alcance.

En este caso, los aparatos están equipados con el sistema high accuracy (HA), que permite una precisión del orden de unos 3 centímetros (cm), mientras que el margen de error de los sistemas convencionales, con GPS, es de 8 cm. “Otra de las ventajas sobre el GPS radica en que la tecnología HA prescinde del uso de marcadores de suelo para la colecta de coordenadas, una tarea de difícil consecución cuando el terreno es movedizo, como en el caso del lodo”, resalta Amianti.

La minera Nexa Resources, una empresa que opera los negocios del cobre, zinc, plomo, plata y oro del grupo Votorantim, también emplea drones autónomos dotados de sensores electromagnéticos desarrollados por la compañía, en conjunto con la startup peruana Deep Sounding. Se los utiliza para el relevamiento geofísico de sus minas a cielo abierto en Perú. El gerente de Innovación y Energía de Nexa, Rodrigo Alberto Moreira Gomes, informa que los drones están programados para volar a 30 m del suelo, siguiendo el relieve y escudriñando el terreno para detectar las regiones con mayor probabilidad de presencia mineral, algo que antes se hacía desde helicópteros o aviones. “Los drones son más económicos y además, al volar más cerca del suelo, proveen resultados más precisos”.

Ascom CBA La mina de aluminio de la CBA utiliza un sistema automatizado para tratar el agua residualAscom CBA

Ventilación y bauxita
Desde 2011, Nexa viene invirtiendo en el desarrollo de soluciones en minería digital, con un gasto anual del orden de unos 9 millones de dólares, que equivalen al 0,36% de sus ingresos netos en 2018. Entre los proyectos materializados por el sector de investigación y desarrollo de la compañía figura un sistema de ventilación bajo demanda que se implementó en la mina subterránea de Vazante (Minas Gerais), que explota zinc y plomo. En el sistema tradicional, los ventiladores trabajan en forma continua, mientras que la nueva tecnología programa la ventilación de acuerdo con el tránsito humano y de máquinas en el interior de la mina, reduciendo el gasto de energía.

“Por ahora, el ritmo de ventilación se programa, pero ya estamos trabajando para crear sensores que determinen la ventilación”, dice Gomes. Otra innovación es un sistema de detonación remota informatizada, que suprime la necesidad de que el profesional que realiza la carga de explosivos encienda la mecha y deba correr para alejarse de la zona de explosión. El sistema se está testeando en la mina de Morro Agudo (Minas Gerais).

Ambas innovaciones serán empleadas en Aripuanã, un proyecto minero subterráneo en el estado de Mato Grosso, donde Nexa contempla la prospección y extracción anual de 66.700 toneladas de zinc, 23 mil de plomo y 3.700 de cobre a partir de 2021. Según Marco Henrique Carrete, gerente corporativo de Automatización, el proceso de producción y tráfico de máquinas en Aripuanã serán controlados por la tecnología digital Dispatch System, que emplea datos de localización por telemetría para identificar, monitorear el uso y posicionar en forma adecuada los equipos que transitan por la mina, reduciendo el consumo de combustible. Se utilizará un sistema de tracking o rastreo, que monitoree los recorridos para evitar atropellos y colisiones de máquinas.

También se están empleando nuevas soluciones tecnológicas en la minería de la bauxita. En la localidad de Miraí (Minas Gerais), la Companha Brasileira de Alumínio (CBA) adoptó un sistema automatizado que emplea recursos de inteligencia artificial para controlar la Estación de Tratamiento de Agua (ETA) de su planta de extracción. El gerente de esa unidad, Christian Fonseca de Andrade, explica que la ETA tiene la finalidad de tratar el agua de la represa de desechos, manteniendo su nivel bajo estándares considerados seguros y devolviéndola al medio ambiente con una calidad superior a la que exigen las leyes. El sistema automático concebido por Bauminas Ambiental, empresa con sede en Campinas (São Paulo), realiza una medición constante de los parámetros de flujo, potencial de hidrogeniones (pH) y turbiedad del agua que ingresa y sale de la estación y aplica los reactivos químicos necesarios para el tratamiento, reemplazando el trabajo de cuatro personas. “La automatización garantiza la calidad del agua tratada e incluso permite un ahorro del 80% en el uso de productos químicos”, comenta Andrade.

Un granero de ideas novedosas
Mining Hub, creado hace dos años, desarrolla soluciones para el sector minero

En 2018, un grupo integrado por 25 compañías mineras y otras empresas de la cadena productiva del sector creó, con el apoyo del Instituto Brasileño de Minería (Ibram), un ecosistema de innovación denominado Mining Hub, una red de colaboración virtual que ya va por el tercer ciclo de desafíos para startups con temas relacionados con la energía renovable, gestión del agua y residuos, excelencia operativa, seguridad y desarrollo social. Rodrigo Gomes, coordinador del hub y gerente de Innovación y Energía de Nexa, dice que existen 20 proyectos en fase de prueba.

Uno de ellos, desarrollado por la startup LLK a pedido de Vale, recaba y procesa informaciones por imágenes de todo el espectro electromagnético. Un sensor determina el contenido de mineral de hierro que pasa por cintas transportadoras, sin análisis en laboratorio. “El sistema permite una venta más adecuada”, dice Hélio Mosquim, gerente de Innovación en Tecnología de la Información de Vale. La innovación está en fase de test.

La ayuda de las mineras también ha estimulado la innovación en las universidades. Una colaboración de Vale con la Federal de Espírito Santo y con la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica de Espírito Santo permite que 30 estudiantes realicen pasantías en la compañía. Hay dos proyectos en desarrollo pertenecientes a alumnos en el Centro de Inteligencia Artificial de Vitória, uno para la prevención de fallas en motores de locomotoras y otro para detectar restricciones de velocidad en el Ferrocarril Vitória-Minas. En São Paulo, una colaboración de Vale con la FAPESP generó el proyecto Minería del Futuro, realizado por el Núcleo de Investigaciones para una Minería Responsable de la Universidad de São Paulo (NAP.Mineração-USP). Su propósito es el desarrollo de conceptos de transformación digital como apoyo a la toma de decisiones en la minería.

El director del NAP.Mineração, Giorgio de Tomi, informa que el proyecto tuvo desdoblamientos, tales como la creación de un MBA en data science para ingenieros en la Escuela Politécnica de la USP, que este año tendrá su primera promoción, y de una startup, Dual Mining, instaurada por los ingenieros de minas Ranyere Sousa Silva y Erbertt Barros Bezerra. Ellos idearon un sistema con base en inteligencia artificial y aprendizaje de máquina para el análisis online de la productividad de los equipos y la flota de transporte en las áreas de minería.

Otro despliegue es un proyecto patrocinado por la FAPESP para la transformación digital y la simulación, enfocadas en las pequeñas empresas. “Las grandes mineras brasileñas se encuentran en una fase tecnológica idéntica a la de las compañías globales. Pero las pequeñas y medianas se encuentran muy lejos de eso y no podrán transformar sus procesos sin ayuda”, dice Giorgio de Tomi. Según el Ibram, la minería nacional cuenta con 9.400 minas, operadas por 7.638 empresas. De ellas, el 87% están clasificadas como microempresas y un 11% son de pequeño o mediano porte.

Proyectos
1. AMAS6: sistema de captura de imágenes multiespectrales para vehículos aéreos no tripulados (VANT) (nº 16/01011-4); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigadora responsable Michelle Matos Horta Tenca (XMobots); Inversión R$ 142.136,15
2. Proyecto de un sistema de aviónica certificable para vehículos aéreos no tripulados (VANT) de uso civil (nº 13/50946-8); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Convenio Finep; Investigador responsable Giovani Amianti (XMobots); Inversión R$ 876.283,32
3. Proyecto de un sistema de aviónica certificable para vehículos aéreos no tripulados (VANT) de uso civil (nº 07/55661-0); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigadora responsable Michelle Matos Horta Tenca (XMobots); Inversión R$ 991.761,06
4. Simulación dinámica de la cadena mineral mina-cliente (nº 16/00647-2); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Giorgio Francesco Cesare de Tomi (USP); Inversión R$ 49.980,78
5. Optimización de activos aplicada a la operación de minas a cielo abierto (nº 10/51287-0); Modalidad Cooperación para la Innovación Tecnológica (Pite); Investigador responsable Giorgio Francesco Cesare de Tomi (USP); Inversión R$ 80.487,76

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