Industria 4.0 en el sector minero

Mar 14, 2024 | Transformación Digital

En 1760 se inició la primera revolución industrial en Gran Bretaña, con la invención de la máquina de vapor y la mejora de las técnicas de producción en masa. Luego de esta aparecen 3 revoluciones más hasta llegar a la cuarta y más reciente, conocida como Industria 4.0, caracterizada por la convergencia de tecnologías digitales […]

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    En 1760 se inició la primera revolución industrial en Gran Bretaña, con la invención de la máquina de vapor y la mejora de las técnicas de producción en masa. Luego de esta aparecen 3 revoluciones más hasta llegar a la cuarta y más reciente, conocida como Industria 4.0, caracterizada por la convergencia de tecnologías digitales que permitieron la creación del internet de las cosas, inteligencia artificial (entérese más en nuestro artículo sobre IA) y la robótica avanzada. 

    La minería es uno de los grandes sectores que podría beneficiarse de la Industria 4.0 para mejorar la seguridad, eficiencia y rentabilidad de sus operaciones. Esto generaría un gran impacto mundialmente, ya que, según un estudio por Statista, solo las 40 empresas mineras más grandes generaron 943 mil millones de dólares de ingresos en el 2022, representando directamente más del 1% de la economía global. Además, Mark Cutifani, director ejecutivo de Anglo American PLC, indicó en el 2021 que el 45% de la economía mundial tiene relación con la industria minera, ya que las grandes industrias trabajan con componentes minerales.

    Teniendo en cuenta aquello, en el presente artículo se analizarán los principales beneficios sobre las tecnologías de la industria 4.0 y las posibles aplicaciones en el sector minero.

    Tecnologías de la Industria 4.0

    • Internet de las cosas (IoT): El IoT es la conexión de dispositivos físicos a la red, permitiendo que estos se comuniquen entre sí y con otros sistemas, recopilando y transmitiendo datos en tiempo real. En una fábrica inteligente, los dispositivos pueden conectarse con sensores que recopilan datos de producción, temperatura, humedad, consumo de energía y otros indicadores clave. Todos los datos recopilados en las distintas fases del proceso pueden estar centralizados en la nube o en una red interna de la empresa. De esa forma, se tiene una mayor cantidad de información recopilada en tiempo real, sobre toda la cadena logística, y almacenada en un mismo lugar, lo que permite un análisis con mayor trazabilidad.
    • Inteligencia artificial (IA): La inteligencia artificial permite a las máquinas aprender, tomar decisiones y realizar tareas que anteriormente solo podían ser realizadas por humanos. Mientras más datos se puedan recopilar en los procesos, la IA será aún más precisa en sus análisis y propuestas; por ello, el IoT es un muy buen complemento al conectar procesos enteros y recopilar información en cada fase. En la industria 4.0 las máquinas equipadas con IA pueden aprender a detectar patrones y anomalías en los datos de producción, lo que les permite tomar decisiones en tiempo real para mejorar la eficiencia y reducir los costos. Igualmente, la IA puede usarse para detectar y prevenir fallos en los equipos, permitiendo reparaciones antes de que se produzcan daños.
    • Robótica avanzada: La robótica avanzada se refiere a robots que están equipados con una amplia gama de sensores y sistemas de control. Se mencionó que los sensores sirven para recolectar información y que la IA utiliza la data recopilada para tomar decisiones; sin embargo, faltaba la robótica avanzada para recibir dichas órdenes y ejecutarlas en las operaciones. Así, se arma un proceso de inteligencia propia, en el que no se necesita la presencia de un humano, al encontrarse todo automatizado y liderado por las propias máquinas.

    Aplicaciones de la Industria 4.0 en la minería

    Monitoreo y gestión de activos: Es posible instalar sensores en los equipos para recopilar datos en tiempo real sobre su ubicación, rendimiento y estado. Estos datos pueden ser analizados para optimizar el mantenimiento preventivo, reducir los tiempos de inactividad y aumentar la eficiencia en la producción. Algunos sensores para las maquinarias son los sensores de presión, vibración, temperatura, proximidad, velocidad de rotación, tensión, y para medir las condiciones ambientales existen sensores de temperatura, humedad, calidad del aire y presión atmosférica, entre otros. Un gran ejemplo es el sistema Smartflow que integra soluciones tecnológicas de última generación, basado en la identificación de todo el flujo operativo.

    A continuación, se muestran ejemplos del uso de sensores en algunos equipos:

    • Excavadoras y cargadores frontales: Monitoreo de la carga y el desgaste de los dientes de la cuchara, así como la ubicación de la máquina en la mina.
    • Camiones de transporte: Monitoreo de la ubicación, velocidad y carga de los camiones de transporte, lo que ayuda a optimizar las rutas de transporte y reducir los tiempos de inactividad. 
    • Equipos de perforación: Monitoreo de la presión, la temperatura y la velocidad de rotación del equipo de perforación, lo que ayuda a optimizar el proceso de perforación.
    • Cintas transportadoras: Monitoreo de la velocidad, la carga y la tensión de las cintas transportadoras, lo que ayuda a optimizar el transporte de materiales.
    • Bombas y sistemas de tratamiento de agua: Monitoreo de la presión, el flujo y la calidad del agua en los sistemas de tratamiento de agua utilizados en la minería.
    • Equipos de seguridad: Sensores en los cascos de los trabajadores para monitorear su ubicación y condiciones ambientales, como la calidad del aire, la temperatura y la humedad.

    Eficiencia en el procesamiento de mineral: Es posible mejorar el porcentaje de recuperación de minerales mediante la implementación de un monitoreo en tiempo real del proceso, respaldado por la IA. Este enfoque permitiría proporcionar recomendaciones en tiempo real a los operadores para ajustar variables y aumentar la pureza de minerales, como el cobre. Por ejemplo, el Grupo BHP, líder mundial en la minería, ya anunció en el 2023 su colaboración con Microsoft, mediante su plataforma Azure, específicamente para abordar dicho tema.

    Impresión 3D: Hoy, se pueden crear geometrías complejas sin necesidad de moldes o herramientas específicas. Esto es gracias a la impresión 3D de materiales como el metal, la cual se basa en la deposición de capas sucesivas de polvo metálico, que se fusiona mediante láser o energía similar. Esto permite iterar rápidamente prototipos antes de la producción en masa y también fabricar piezas específicas. Un ejemplo es la empresa Anglo American que se asoció en el 2021 con el Consejo Sudafricano para la Investigación Científica e Industrial (CSIR) y la empresa tecnológica Ivaldi Group con el objetivo de producir digitalmente repuestos de minería mediante impresión 3D.

    Robots autónomos: En Australia, la compañía Rio Tinto es un gran ejemplo de robotización en las operaciones al haber desarrollado trenes de carga autónomos, llamados “AutoHaul”, que transportan mineral de hierro desde las minas hasta los puertos de envío. Los trenes están equipados con sensores y sistemas de navegación avanzados que les permiten detectar obstáculos y tomar decisiones en tiempo real para evitar colisiones. Asimismo, desarrollaron 130 camiones de carga autónomos y estimaron que en el 2018 cada camión operó 700 horas menos que los convencionales, significando un 15% de ahorro. Otro ejemplo es la compañía sueca Atlas Copco, que ha desarrollado un robot llamado “Boomer“, el cual puede perforar túneles en minas subterráneas de manera autónoma, ya que cuenta con sistemas de navegación avanzados. El robot puede trabajar en áreas inaccesibles para los humanos, como túneles que son demasiado estrechos o peligrosos.

    Beneficios

    Con estas tecnologías se aumenta la productividad al contar con maquinaria que puede trabajar de manera continua sin descanso y que, gracias a la automatización, reduce el riesgo de errores humanos y acelera los tiempos de producción. Además, los sensores y dispositivos IoT pueden detectar problemas en los equipos y alertar a los operadores antes de que se produzcan fallas graves, lo que reduce el riesgo de inactividad. Por otro lado, aumenta la seguridad de los operadores equipándolos con sensores para medir condiciones ambientales como la calidad del aire y también reemplazándolos con maquinaria autónoma en zonas de mucho riesgo.

    En conclusión, la Industria 4.0 puede mejorar significativamente la productividad, reducir costos y aumentar la seguridad en la minería gracias al Internet de las Cosas (IoT), La Inteligencia Artificial (IA) y la Robótica Avanzada. Sin embargo, un estudio por Accenture muestra que el sector minero se encuentra en una etapa temprana, ya que tan solo el 3% del equipamiento móvil de la industria es autónomo, pero se proyecta un gran crecimiento en el que se abarcarán procesos completos.

    En Real Time Management se cree fuertemente que la implementación de estas soluciones innovadoras ayuda a mejorar la competitividad de las empresas mineras y fomenta un sector más sostenible y eficiente. Por ello, ofrecemos servicios de consultoría estratégica y de excelencia operacional centrados en realizar un diagnóstico para proponer e implementar soluciones tecnológicas que permitan a las empresas mantenerse en la vanguardia de la Industria 4.0.

    Nicolás Alberdi
    Consultor