Nueva vida para MOTORES EN ALTURA

Quince años conociendo las claves del desgaste, performance y consumo de combustibles y lubricantes que caracteriza en condiciones de altura geográfica a los motores que mueven la minería en Chile, permitió a la empresa Power Train Technologies (PTT) desarrollar una serie de innovaciones que optimizan su funcionamiento. 

Por Alfredo Galleguillos C.



Entre 5% y 10% de ahorro en combustible, mejoras en performance y reducción de la huella de carbono constituyen algunos de los beneficios que ofrece Power Train Technologies (PTT) a motores que operan en faenas sobre 2.500 metros de altura, como sucede en la mayoría de los yacimientos mineros en Chile.

Los camiones y maquinarias son fabricados para trabajar en los grandes mercados mineros, como Australia y Canadá, que prácticamente no tienen operaciones en altura. “Sin embargo, en Chile la minería se desarrolla casi siempre sobre 2.500 ó 3.000 metros (msnm), donde la menor concentración de oxígeno, los cambios físicos de los líquidos y las oscilaciones térmicas influyen en pobres desempeños, altos consumos de combustible y desgaste prematuro”, explica Mariano Schroeder, Director de Innovación y Desarrollo de PTT. “Si se compra un motor que por catálogo debería durar 14 mil horas y a los 5 ó 6 mil ya tiene problemas… hay que pensar cómo solucionar eso”, acota.

Hace cinco años, BHP Billiton seleccionó a PTT para participar en su Programa de Desarrollo de Proveedores, al que más tarde se sumaría Codelco. Fue la oportunidad para testear en forma intensiva un kit de overhauling para la minería chilena: el Power Train Altitude Pack.

Sistema de prueba de pistones.

Se trata del rediseño de piezas claves, como válvulas, inyectores y turbo. Las válvulas de admisión y escape del kit, por ejemplo, son más grandes que las originales. Al aportar más aire se entrega el oxígeno necesario para una combustión adecuada. Por el mismo motivo, el cilindro también se adaptó. También se sustituyen las placas tradicionales de las empaquetaduras por estructuras de acero inoxidable con aleación especial en el centro.

Los resortes de válvulas originales se reemplazan por elementos con coeficiente de elasticidad 20% menor al convencional. Esta modificación mejora la tolerancia al efecto de resonancia sobre 2.500 msnm.

PISTONES MÁS LIVIANOS

Cada pistón se adapta. Mariano Schroeder explica que los originales comúnmente son del tipo Hastings, “que se caracteriza por su alto peso. Décadas atrás eran de aluminio, pero con el aumento de las exigencias fue reemplazado por acero”. Pero a altas revoluciones, el acero es una masa que va en contra del buen funcionamiento del motor. “Su alto peso produce daños en los cojinetes, pernos de bielas y, al final de cuentas, disminuye la vida útil del sistema”, detalla.

Para resolver el problema del peso sin perder resistencia, en PTT introdujeron nuevas materialidades, que guardan en secreto. “Además el pistón es forjado, lo que hace que sea un tercio más resistente. Es un acero especial, más liviano por decímetro cúbico”, dice el ingeniero.

Mariano Schroeder.

La prueba es concluyente. A 2.000 rpm, un pistón convencional de 10 kilos con una biela de 9 kilos cuando se detiene y vuelve a bajar “pesa” el equivalente a 12 toneladas, señala el experto. En cambio, con la tecnología de PTT, esto se reduce a solo 9 toneladas. Schroeder anticipa que están evaluando nuevos cojinetes que funcionan sin lubricante, desarrollados específicamente para el Audi R8 y el BMW M4. Las primeras muestras llegarán este mes desde Alemania.

Otra parte fundamental del kit son los inyectores, los cuales fueron “estudiados y rediseñados íntegramente -recalca Mariano Schroeder- para que puedan trabajar con burbujas en el combustible”. Las altas temperaturas producen agua por condensación. Esto, agregado al aire enrarecido, forma cavitaciones en los líquidos, las que pueden producir fugas. Como la electrónica no detecta esto, se producen defectos en la combustión y daños en las piezas.

Otra clave del kit es el block. Tras cierto tiempo de trabajo minero, este componente puede presentar un desgaste severo en la camisa. La modificación consiste en un “asiento postizo” que restituye la funcionalidad de esta sección. Se fabrica con componentes de alta duración y plasma, que contiene un polvo inyectado a 3.000 ºC.

Una de las ventajas de este “asiento postizo” es la baja de los costos de reparación. “Deshacerse de esta parte y comprar un block nuevo, implicaría n sólo un alto desembolso financiero, sino también un impacto ambiental relevante si se calcula el dióxido de carbono asociado a generar la energía que se requiere para fabricar un block nuevo”, asevera Mariano Schroeder.

MAYOR ALTURA, MAYOR AHORRO

“A mayor altura donde se encuentre la faena, mejores son los resultados que se logran. Cualquier  operación por encima de 2.000 msnm está afectada por este fenómeno”, destaca Alejandro Liederman, Gerente de Desarrollo de Negocios de PTT. “Lo que hemos logrado sostenidamente, con pruebas de dos años y más, es establecer ahorros de entre 5% y 10% en el consumo de combustible”. Las oscilaciones dependen de las condiciones propias de cada lugar y uso.

Cada motor es objeto de un monitoreo en que se miden el desempeño, desgaste y consumo de combustible. “En cinco años hemos certificado más de 100 unidades con nuestra tecnología, en las cuales hemos logrado mejoras en todas las variables”, indica Leiderman.

Prueba de funcionamiento en condiciones de laboratorio.

El ejecutivo agrega otro beneficio muy valorado por los clientes mineros: la disminución de la huella de carbono. Para ello se desarrolla una metodología específica para cada cliente. Esta debe contemplar una línea base con el registro de las emisiones de los camiones antes del cambio al Power Train Altitude Pack y, luego de seis meses de operación, se vuelve a medir. “Esa reducción se puede auditar para la obtención de bonos de carbono”, señala.

Otra ventaja del kit de altura es su carácter reversible. Es decir, el rediseño del motor puede ser vuelto atrás, de modo de restablecer las especificaciones originales provistas por el fabricante. Puede resultar de gran utilidad. Por ejemplo, en casos como que el camión sea trasladado para operar en condiciones distintas a la altura.

“El éxito obtenido por nuestra tecnología nos ha permitido seguir trabajando con un staff de 70 profesionales en Minera Escondida, a cargo de servicios de mantenimiento de maquinaria en terreno -resalta el Gerente de Desarrollo de Negocios-,además de realizar el servicio de overhauling a numerosas unidades motrices”.


FICHA

• Ahorro de combustible: Los motores de Power Train Altitude Pack tienen una mejor eficiencia termodinámica, por lo que ahorran combustible haciendo su operación más eficiente. 
• Mayor confiabilidad: Al calibrar los motores especialmente para la faena en la que van a operar y para la función que van a cumplir en ésta, disminuimos considerablemente el riesgo de fallas catastróficas y mejoramos la vida útil.
• Menor huella de carbono: El Altitude Pack permite que los motores quemen casi un 100% del combustible, reduciendo su huella de carbono y eliminando la clásica “nube negra”.

Basado en artículo del mismo autor publicado en Revista Minería Total, octubre de 2014.