El secreto está en el dimensionamiento

Expertos explican en detalle los requisitos para dimensionar correctamente los sistemas, señalan las fallas más frecuentes y la solución para cada una de ellas

La tecnología empleada en las cintas transportadoras, de amplio uso en la minería y la construcción, ha avanzado tanto en los últimos años que hasta el principio de funcionamiento de las bandas que transportan pasajeros y equipaje en los grandes aeropuertos internacionales está basado en esos equipos. Es evidente que las bandas high tech que se encuentran en las terminales aéreas tienen particularidades especiales, tales como el dimensionamiento adecuado para satisfacer las necesidades de las operaciones aeroportuarias, de acuerdo con la demanda de transporte y a la velocidad más adecuada para atenderla satisfactoriamente.

En el caso de las cintas transportadoras usadas en el acarreo de minerales y piedras, se aplica la misma regla, ya que el dimensionamiento ejerce una influencia directa sobre la eficiencia de la línea de trituración y las etapas posteriores del proceso. Ricardo Deguti, experto en trituración y cribado de Sandvik, destaca que, a pesar de que se trata de un equipo auxiliar, la cinta transportadora desempeña un papel importante en las empresas mineras que las usan. «Si no se la dimensiona bien, puede afectar la productividad de toda la operación», dice.

Marcelo Gelais, ingeniero de cálculos de Tecnometal es de la misma opinión y, por lo tanto, evalúa la eficiencia del sistema de forma global. «El diseño y el dimensionamiento deben hacerse en base a una visión completa del equipo y la forma en que está insertado en el proceso de producción.» Gelais explica que, además de cumplir las normas vigentes de seguridad en la operación, la cinta transportadora debe satisfacer las necesidades específicas del proceso y de cada cliente, con confiabilidad y buen rendimiento, sin descuidar otros aspectos no menos importantes, tales como la calidad del montaje y la facilidad de mantenimiento.

Por su parte, Deguti, de Sandvik, pone de relieve que la experiencia del personal a cargo del dimensionamiento del equipo es uno de los factores con más peso. La aplicación a la que se destina la cinta transportadora y su posición en relación con la línea de trituración también son datos de importancia en la definición del diseño. «Un ancho mal dimensionado trae aparejados problemas como la pérdida de material por los costados de la banda», cita a modo de ejemplo.

Consideración del diseño
André da Silva, gerente de apoyo al producto de Metso, enumera nada menos que siete puntos a tener en cuenta al dimensionar la cinta transportadora: características del material a acarrear, condiciones de trabajo, tipos de rodillos, ancho (calculado según los parámetros de la operación), tensión máxima (calculada según las necesidades), tiempo de recorrido completo y temperatura del material.

Por otro lado, Maurício Zuquim, jefe del departamento de mantenimiento de la empresa minera Samarco, destaca que los rodamientos de los rodillos y tambores son responsables de la mayoría de las fallas de una cinta transportadora. «Debido a la gran cantidad de rodillos que tiene la cinta, es necesario prestar atención especial al dimensionarlos.» Su opinión está fundada en su amplia experiencia como usuario intensivo de este tipo de equipo.

Zuquim dice que el proyectista de una operación que incluya cintas transportadoras debe tener en cuenta las revoluciones en operación y la carga a que se someterán los rodillos. «Los rodamientos de los rodillos de cintas transportadoras trabajan 24 horas por día y se dimensionan para una vida útil teórica de 30 000 horas», afirma. «Luego, se deben seleccionar los rodillos de modo que no trabajen a más de 500 revoluciones por minuto (rpm).» Zuquim hace notar que la operación a altas revoluciones tiene como resultado varias paradas para el recambio de rodillos, lo que reduce la disponibilidad del equipo y aumenta el costo de su mantenimiento.

En el caso de los tambores, que el experto también considera como elementos a los que hay que prestar una atención especial, la definición del diámetro es crucial. En este caso, los proyectistas tienen que satisfacer las especificaciones mínimas recomendadas por los fabricantes de las bandas, para no causar daño a las enmiendas y reducir su vida útil. «Como la banda es uno de los componentes más caros de una cinta transportadora y el que demanda más tiempo para su reparación o recambio, hay que prestar mucha atención al especificar el diámetro de los tambores», dice.

Otros puntos delicados
Zuquim dice que, además del diámetro, otro tema delicado de los tambores es el dimensionamiento del eje. Este componente debe calcularse para soportar las tensiones de operación, evitando una flexión excesiva y, como consecuencia, la sobrecarga sobre los rodamientos y la rotura del eje por fatiga.

Según la opinión del experto de Samarco, en la etapa de proyecto, es importante tener en cuenta el grado de llenado de la banda. «Las líneas que trabajan muy colmadas tienden a tener más pérdidas de material, lo que acelera el desgaste del revestimiento de los tambores, la banda y los raspadores”, dice. «También puede desalinear y rasgar la banda debido al material que vuelve por la parte interna de la banda sin fin y queda atascado entre ella y el tambor.» Zuquim recomienda trabajar con niveles de llenado de entre el 80 y el 90 % del máximo admitido.

Aunque los componentes mencionados son sumamente importantes, Zuquim hace hincapié con más énfasis aún en el accionamiento de la banda, que considera que es el «corazón» del equipo. «Responsable de la transmisión del movimiento a la banda, el accionamiento soporta el mayor esfuerzo al momento de la puesta en marcha. En este momento se da el pico de tensión e intensidad, así como la mayor demanda de potencia del motor.»

Por consiguiente, opina que para obtener la máxima seguridad y calidad en la operación del equipo, el accionamiento de la banda debe ser diseñado para soportar las peores condiciones de trabajo. Condiciones que se dan principalmente en el momento de la puesta en marcha del transportador, con un factor de carga del 100 % en los tramos ascendentes y rectos.

La lista de puntos críticos a tener en cuenta incluye también el factor de rozamiento entre el tambor de accionamiento y la banda. Según el tipo de revestimiento usado, la eficiencia de transmisión de potencia varía, así como la potencia disponible (del motor). «Una alternativa es variar el ángulo de contacto con el tambor de accionamiento hasta 120°, usando el tambor como apoyo para aumentar la eficiencia de la transmisión», dice Zuquim.

Definición de la velocidad
Zuquim completa la lista de puntos que necesitan atención especial con una observación sobre el tiempo de parada de las cintas transportadoras, que debe monitorearse para evitar el atasco de las canaletas y la pérdida de material. Si la fase de dimensionamiento y diseño demanda un cuidado especial, el cálculo para determinar la producción de una cinta transportadora, estrechamente vinculada a su ancho y velocidad de operación, es todo un capítulo aparte.

André Silva, de Metso, estima que el dimensionamiento correcto, en este caso, implica el conocimiento de los siguientes puntos: características del material a acarrear (tipo, tamaño del grano, peso específico, ángulo de reposo, temperatura, contenido de humedad, abrasividad), perfil de la cinta transportadora (distancia desde el centro de un tambor de extremo al centro del otro, altura de la pendiente de subida o bajada), capacidad deseada, condiciones de operación (entorno, régimen operativo) y condiciones especiales  banda reversible, con distribuidor (tripper), etc. .

Zuquim, de Samarco, da la fórmula para dimensionar la capacidad de una cinta transportadora: Q = S x V x Y x E x k. Es decir, la capacidad de carga es el producto del área de la sección transversal de la banda (S) por la velocidad de operación (V), el peso específico del material (Y), el grado de llenado (E) y el factor de corrección de la capacidad debido a la inclinación (k).

¿Es sencillo? En absoluto. Zuquim explica que el área de una cinta transportadora depende del ancho de la banda, la configuración del caballete, lo que implica la cantidad de rodillos y su inclinación y el ángulo de alojamiento del material. «Para definir el ancho mínimo de la banda a usar, es necesario saber el tamaño máximo del material a acarrear, es decir, las dimensiones de la partícula de mayor tamaño dentro del rango granulométrico que se ha definido para la operación», dice.

Ancho x velocidad
Según sus recomendaciones, en las operaciones en las que el 90 % del material acarreado tiene partículas del tamaño máximo, el ancho de la banda debe ser diez veces el tamaño de la partícula más grande. Cuando el 90 % del material acarreado está compuesto por finos, la recomendación es que el ancho de la banda sea seis veces el diámetro del tamaño máximo. Una vez definido el ancho mínimo y, en consecuencia, el área de la sección transversal, es necesario especificar la velocidad de la máquina para lograr la capacidad de transporte deseada. «La velocidad dependerá de la longitud de la cinta transportadora y de las características del material acarreado», dice el experto de Samarco.

Según su opinión, altas velocidades ejercen un mayor impacto sobre los transportadores de menor longitud, porque en tales casos, la banda sufre un mayor desgaste debido a que cada uno de sus puntos está sujeto a más contacto con los tambores y raspadores. En el acarreo de materiales más finos y frágiles, se aconseja usar bajas velocidades y evitar la producción de polvo y la degradación del material durante las transferencias. Por otro lado, materiales más pesados, de mayor tamaño o punzantes, deben acarrearse a velocidad moderada, de modo de evitar el desgaste de la cubierta de la banda y la pared de las canaletas de transferencia.

Sin embargo, al disminuir la velocidad del transportador, es necesario aumentar el ancho de la banda, lo que incrementa el costo del sistema. «Al definir la velocidad de operación, se deben tener en cuenta los costos relacionados con el mantenimiento y la disponibilidad del transportador», añade.

Recomienda que transportadores más estrechos y de menor tamaño trabajen a velocidades de no más de 3,5 m/s. Las líneas más largas, por su parte, pueden alcanzar una velocidad de 4,5 m/s. Zuquim cita además la información contenida en el manual de CEMA, norma norteamericana para el cálculo de correas transportadoras, como fuente para un diseño de mejor calidad. Otro recurso son las normas brasileñas sobre el tema, todas dirigidas a obtener el máximo rendimiento de las correas transportadoras, en función de un dimensionamiento correcto.

Criterios para el mantenimiento del sistema
Ricardo Deguti, experto en trituración y cribado de Sandvik, explica que la inspección visual de la banda es una de las tareas más recomendables en el mantenimiento de cintas transportadoras. «El desgaste de la banda es visible, puede detectarse en la trama, e indica que hay signos de agrietamiento de la goma, con la simple observación de bordes desgastados.» La observación visual incluye el examen de las bocas de alimentación y descarga, para detectar la presencia de piedras en posición tal que puedan cortar la banda.

Deguti llama la atención para la necesidad de verificar si hay rodillos bloqueados. Si por algún motivo externo o de desgaste, el rodamiento se atasca, el rodillo también dejará de girar y la banda pasará sobre él. En este caso, el rozamiento puede llegar a producir un principio de incendio en la banda.

Marcelo Gelais, ingeniero de cálculos de Tecnometal, incluye, en el cuidado básico del equipo, la lubricación y el monitoreo de los ruidos y las temperaturas. El estado de conservación del material de recubrimiento y de los elementos de desgaste en general también debe vigilarse de cerca, al igual que el funcionamiento de los instrumentos. Según su opinión, además del mantenimiento preventivo, algunos prestadores de servicios ya realizan mantenimiento predictivo, con el monitoreo de las vibraciones, el calentamiento y la lubricación del equipo, entre otros factores.

Cómo evitar la propagación de los cortes
La propagación de desgarros en las bandas de las cintas transportadoras puede ser una pesadilla sin fin para empresas mineras y constructoras, pero se puede solucionar. Gelais dice que una forma de evitar este problema es instalar sistemas de detección de averías, que pueden detener el sistema y emitir una señal de alarma al identificarlas. «Hay varias opciones, y algunos sistemas se activan cuando un trozo suelto de la banda de goma toca un resguardo», explica y añade: «Otros, cuentan con una bandeja que recoge el material que cae por el desgarro y, cuando el material acumulado llega un peso determinado, se activa el dispositivo de protección».

Uno de los recursos más recientes es la instalación de antenas a lo largo de la banda, montadas en la armazón del transportador, para detectar los desgarros. El sistema se basa en el principio de «pérdida de señal» y en el caso de un corte continuo, la central no recibe la señal de la antena y dispara la alarma. «Normalmente, estas tecnologías se usan en conjunto, a fin de aprovechar las ventajas de cada una de ellas e incrementar la seguridad de la correa transportadora por la redundancia en la detección», afirma Gelais.

Además del tipo de los métodos de detección de desgarros, también debe tenerse en cuenta su distribución a lo largo del transportador. Por consiguiente, se recomienda instalar estos dispositivos en los puntos en que el riesgo de desgarro es más alto. La lista, en este caso, da prioridad a las salidas de las transferencias, pero la confiabilidad de la detección aumenta en función de la cantidad de detectores, aunque el costo también sube al mismo ritmo.

Solución personalizada
En la minera Samarco, la prevención de desgarros se perfeccionó internamente. Antes de desarrollar su propio sistema de protección, con el objetivo de minimizar los desgarros de sus bandas, la empresa usaba tecnologías tradicionales, que se mostraron poco eficientes, según la evaluación de Maurício Zuquim, jefe del departamento de mantenimiento de la empresa. Ante la necesidad de mejorar el proceso, la empresa puso a cargo de la misión a uno de sus técnicos, el analista de mantenimiento Luiz Carlos. El trabajo del experto tuvo como resultado el desarrollo de tres sistemas de detección: por imagen en 3D, por vibración y por impacto.