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Simulación con Arena Proceso Carguío y Transporte de Estéril y Mineral

UNIVERSIDAD DE ANTOFAGASTA

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO INGENIERIA DE MINAS

Realizado por Rodrigo Vega Fernández

Docente Luis Illanes Díaz

Curso Formación Profesional II - Simulación

31 de Julio de 2012

Universidad de Antofagasta Facultad de Ingeniería Depto. Ingeniería en Minas

Modelo de Simulación con Software Arena – Formación Profesional II 2

Índice

Introducción ............................................................................................................. 3

Desarrollo de la Simulación ..................................................................................... 4

I. Esquema General del Ciclo de Carguío y Transporte ................................... 4

II. Formulación de Problema ............................................................................. 5

III. Recolección de la información ................................................................... 5

IV. Determinación de los Datos ....................................................................... 6

V. Diseño y Construcción del Modelo ................................................................ 8

VI. Verificación y Validación del Modelo ........................................................ 11

VII. Modelo Simulación Final .......................................................................... 11

Conclusión............................................................................................................. 13



Introducción

En una empresa minera, el objetivo principal es extraer mineral procesable

de forma rentable y que éste pueda ser transable en el mercado. El proceso de la

extracción del mineral se lleva a cabo inicialmente por la Exploración en busca de

recursos minerales, donde posterior a resultados positivos se realiza una

Planificación Minera para el Desarrollo de la Explotación, donde se coordinan la

manera en la cual avanza el proyecto, el diseño, los tiempos, las metas, etc., para

dar lugar al arranque del mineral de forma in-situ, el cual para este caso se utilizan

técnicas de Perforación y Tronadura que su misión apunta a fragmentar el macizo

rocoso donde se encuentre la especie mineralógica de interés para facilitar su

posterior carga en alguna instalación adyacente o equipo de transporte con

destino a planta de procesamiento, para que después de procesos metalúrgicos

se obtenga el producto final que económicamente proyecte Rentabilidad y le

continúe dando vida al proyecto.

Para garantizar una rentabilidad, se puede evaluar y plantear ciertos

problemas operacionales que puedan perjudicar a esta, estos problemas podrían

tratarse más específicamente los que se presenten en el proceso completo de

carga y transporte de material estéril o mineral. El uso de un modelo de simulación

del proceso apoyado de los datos reales de la operación, podrían plantear una

solución o simplemente generar una simulación del proceso para obtener

resultados y poder generar claridad para posibles soluciones de problemas o tener

una referencia real sujeto a datos referenciales de las potenciales operaciones.

Mediante el uso de un software, Arena 10 es que a continuación se presenta un

documento en cual se desarrollo un modelo de simulación del proceso de Carguío

– Transporte de Lastre y Mineral en una actividad minera cielo abierto.



Desarrollo de la Simulación

I. Esquema General del Ciclo de Carguío y Transporte

Antes de todo se debió formular un esquema el cual se pueda entender de mejor

forma de que se trata el ciclo de carga y transporte de mineral y lastre, para a

partir de eso generar el modelo de simulación adecuado.

Esquema General N°1: Ciclo Carga y Transporte de Lastre o Mineral.

Llegada de los Camiones a Frente de Carguío de

Lastre o Mineral

Carga de los Camiones en el

Frente de Carguío de

Lastre o Mineral

Transporte de Lastre o Mineral hacia Botadero

o Planta

Descarga de Esteril o Mineral en Botadero o

Planta

Retorno de Camiones a los

Frentes



II. Formulación de Problema

Se tiene como objetivo lograr una simulación de un sistema de carguío y

transporte de mineral y lastre en una mina cielo abierto, se sabe que existen dos

frentes de carguío en un determinado sector en cual, un frente corresponde al

carguío de Mineral y por consiguiente el otro frente corresponde al carguío de

lastre.

Se requiere que n camiones estén disponibles para ser cargados en ambos

frentes dependiendo de su asignación, el viaje de estos camiones se realiza en

una huella compartida en cierto sector, el cual correspondería a la rampa principal

de acceso a la mina, siendo este camino divido según el destino de estos, donde

estos destinos son dos, botadero si el material se trata de lastre y planta si el

material es mineral. Para finalizar se espera que el camión al llegar a destino,

posteriormente ingrese nuevamente al sistema y repita el proceso anteriormente

mencionado.

III. Recolección de la información

Los datos necesarios para realizar la simulación para todo el sistema fueron:

Capacidad de los camiones de extracción y Palas.

Tiempo que los camiones llegan a los distintos frentes desde su partida.

Tiempo de maniobra para la ubicación de los camiones en el frente.

Tiempo de carguío.

Tiempo de viaje cargado desde el frente hacia botadero o planta.

Tiempo de maniobra para descarga en el destino, botadero o planta.

Tiempo de descarga.

Tiempo de viaje vacío, después de la descarga en el destino para retornar

al frente para volver a ser cargado.

Para obtener parte de los datos anteriores se generaron los perfiles de transporte:

Figura N°1: Perfil Transporte Frentes Carguío – Salida Mina Compartida Pendiente y

Horizontal.

10%

0,5 Km 1,5 Km 2 Km



Figura N°2: Perfil Transporte Camiones con Lastre ruta hacia Botadero.

Figura N°3: Perfil Transporte Camiones con Mineral ruta hacia Planta.

IV. Determinación de los Datos

Se tomaron como referencia los siguientes datos de velocidades para cada una de

las condiciones, cargado y vacío, y según las condiciones de viaje, horizontal,

pendiente favorable y desfavorable:

Horizontal Favorable Desfavorable

Velocidad [km/hr] 0° 5° 8° 10° 5° 8° 10°

Cargado 40 45 48 50 38 35 30

Vacío 45 50 53 55 43 40 38 Tabla N°1: Velocidades con condiciones de viaje y carguío.

Para determinar el tiempo de carguío para la simulación se consideró un tiempo

de maniobra de posicionamiento en los frentes y en sus respectivos destinos de

0,8 minutos, considerando las capacidades de los camiones y palas, se decidió

considerar que todos los camiones del sistema son iguales y tienen una capacidad

2 Km 1 Km

8%

0,5 Km 1 Km 0,5 Km

5%



colmada de las tolvas de los camiones de 300 toneladas, por otra parte las palas

también se consideró ambas iguales con los siguientes parámetros:

Capacidad Colmada de la cuchara de la pala: 25 [Yd3]

Llenado promedio de la pala: 75 %

Factor de esponjamiento del mineral: 1,25

Factor de esponjamiento del lastre: 1,40

Densidad insitu del mineral: 2,2 [gr/cc]

Densidad insitu del lastre: 2,4 [gr/cc]

Tiempo de ciclo de la pala : 40 [seg]

Con los datos anteriores se terminó un tiempo de carguío para mineral de 4

minutos y para lastre un tiempo de 3,5 minutos.

Para determinar el tiempo de viaje cargado para el lastre se procedió a calcular los

tiempos por tramos horizontales y pendiente desfavorable donde se obtuvo un

total de 30 minutos aproximadamente. Para mineral se considero su perfil y de

igual forma se consiguió un tiempo de 25 minutos aproximadamente. Para el

tiempo de viaje vacío de retorno para lastre fue de 17 minutos aproximadamente y

para mineral fue de 13 minutos aproximadamente.

Con los datos ya registrados necesarios para la simulación se dio paso a la

siguiente etapa fundamental, el diseño y la construcción del modelo de simulación.



V. Diseño y Construcción del Modelo

Ahora ya trabajando directamente con el software Arena versión 13.5, se comenzó

con el uso del bloque “Create” que es el punto de partido del modelo y que nos

representa la llegada de los camiones al frente de carguío correspondiente. Es

importe señalar que se usaron dos bloques Create dado que cada uno

corresponde a la simulación del proceso completo de carguío y transporte para

estéril y mineral respectivamente.

Posterior al bloque Create se conecta y emplea el bloque “Hold”, el cual tiene por

objetivo generar la asignación de los camiones al frente de carguío, sujeto a la

condición de que se envía un camión al frente siempre y cuando la pala no se

encuentre cargando, lo anterior garantiza un orden lógico a la asignación de

camiones y a la vez una correcta simulación.

Siguiendo con la secuencia nos encontramos con un bloque de “Station”, que

señala la llegada del camión al frente de carguío listo para empezar a ser cargado.

El proceso de carguío de los camiones en el frente de carguío se representa con

el bloque “Process”, con este bloque se representa el tiempo del proceso completo

de carguío desde el aculatamiento del camión para ser cargado hasta lo que

demora la pala en cargar el camión, donde para el caso actual se ingreso el

tiempo de forma constante. Asociado el bloque process se añadió un panel de

conteo que señala la cantidad de camiones que han pasado por el proceso de

carguío de material y también una figura representada por un cargador que señala

cuando la pala está siendo ocupada para cargar.

Una vez que el camión finaliza el proceso de carguío, se señala mediante un

bloque process la salida del camión desde el frente de carguío, para tomar la ruta

hacia su destino, esta ruta es representada en el modelo mediante un bloque

“Route”, que indica el tiempo el cual dura el viaje del camión y su destino.

Figura N°4: Secuencia de bloques de la etapa inicial del modelo para el caso del lastre.



Para seguir con la secuencia, el camión llegando a su destino correspondiente

(Botadero o Planta), se denota con un bloque station dicha llegada para seguir con

un bloque “Delay” que denota demora que en caso de botadero sería el tiempo

posicionamiento del camión para descargar y en el caso de mineral después del

bloque Planta que denota la llegada del camión con mineral a la planta lo sigue un

bloque hold que asigna los camiones para descarga en planta con la condición de

que no exista camión haciendo la misma labor.

A continuación de estos bloques según corresponda les sigue un bloque process

que indica el tiempo del proceso completo de descarga en destino desde el

aculatamiento del camión para descargar hasta lo que demora que este emplea en

vaciar su tolva, donde para el caso actual se ingreso el tiempo de forma constante.

Asociado a este proceso se añadió un panel de conteo que señala la cantidad de

camiones que han pasado por el proceso de descarga de material y también una

figura representada por un camión vacio que señala cuando el camión se

encuentra descargando.

Para finalizar con esta etapa de la simulación, el término del proceso de descarga

se denota mediante un bloque de station, el cuál señala la salida del camión desde

su destino, para continuar con un bloque de route, que indica el tiempo el cual

dura el viaje del camión y su destino que en esta etapa corresponde al retorno del

camión al frente de carguío, para lo cual se uso un bloque station, bloque que

indica dicho retorno y que en la secuencia de la simulación es puesto por delante

de la asignación de los camiones al frente, lo anterior garantiza el funcionamiento

continuo del ciclo de carga y transporte de material.

Figura N°5: Secuencia de bloque de la segunda etapa del modelo para el caso de Lastre.

Figura N°6: Bloque que indica el retorno de los camiones al frente de

carguío en este caso para Lastre.



Ya representado el modelo, cabe destacar que se añadieron los perfiles de

transporte para cada tipo de material mediante la herramienta “Route” para la

animación de la simulación.

Figura N°7: Representación de perfiles de transporte en el modelo, líneas azul y roja

corresponden al perfil del viaje para el caso lastre y líneas amarilla y verde representan al

perfil del viaje para el caso mineral.

Como adicional se inserto en el modelo un reloj de simulación el cual indica el

tiempo transcurrido de la simulación para que quién vea el modelo observe de

forma directa el tiempo transcurrido de la simulación.

Figura N°8: Reloj adicionado al modelo que indica el tiempo transcurrido de la simulación.

Como consideración adicional, la construcción anteriormente descrita es válida y

fue utilizada para ambas simulaciones de los tipos de material, lastre o mineral.



VI. Verificación y Validación del Modelo

Una vez finalizada la formulación y construcción del modelo se verifica su correcto

funcionamiento de acuerdo a lo que es en realidad un proceso de carga y

descarga de material en una actividad minera, cuyo resultado fue que el modelo

cumplía con dicho correcto funcionamiento.

En este caso no fue posible una validación del modelo, dado que no se trabajó con

datos reales los cuales fueran comprobados con los resultados entregados por la

simulación.

VII. Modelo Simulación Final



Conclusión

La simulación de sistemas nos permite hacer una representación de una actividad

o sistema real mediante un modelo, el cual se puede ir modificando para la busca

del mejoramiento, aprovechamiento y optimización de dichas actividades o

sistemas en sus funcionamientos sin necesidad de realizar cambios en el

funcionamiento real disminuyendo costos y ahorrando tiempo.

En este trabajo se desarrolló un modelo del sistema de carguío y transporte de

materiales como el lastre y mineral en una operación minera el cual sirve de base

o ejemplo para aplicarlo de forma más especifica con datos reales y también de

referencia en otras operaciones tomando en cuenta la flexibilidad que entrega la

formulación de un modelo de simulación.

Para este tipo de proceso minero, un modelo de simulación es una herramienta útil

para mejorar la productividad, reducir las pérdidas operacionales y aumentar el

aprovechamiento en la utilización de los equipos de carguío y camiones de

extracción, que en resultados finales reflejaría una rentabilidad óptima.

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