Variadores para Minería y procesamiento de minerales

La minería es el servicio más duro al que puede enfrentarse un variador de frecuencia. Un cucharón muerde el mineral y la carga salta de vacío a rotor bloqueado en milisegundos; un transportador descendente devuelve energía al variador en lugar de consumirla; un molino debe acelerarse contra la inercia de cientos de toneladas de acero. A ello se suma que la alimentación suele ser un feeder remoto débil, el ambiente es polvo y calor, y la máquina debe funcionar años entre revisiones.

Por eso los variadores de minería no se eligen solo por kW. Un cabrestante de 630 kW y un molino de bolas de 630 kW necesitan variadores completamente distintos, porque uno debe mantener par a media revolución por minuto y el otro debe soportar una rampa lenta contra una inercia enorme. Esta guía recorre las cuatro familias de máquinas de una mina, el régimen que cada una impone al variador y los ajustes y opciones que marcan la diferencia entre un variador que dura y uno que dispara.

La máquina de extracción es la única máquina de la mina cuyo fallo se mide tanto en personas como en toneladas. Mueve mineral, estéril, materiales y mineros, de modo que el variador debe mantener la jaula inmóvil con el freno suelto, seguir una consigna de velocidad con la suavidad suficiente para que el cable nunca se destense y conocer en todo momento la posición de la jaula.

Eso descarta el control en lazo abierto. Un variador de izado necesita realimentación de encoder —un encoder SinCos en las máquinas de imán permanente, porque el motor debe conocer la posición del rotor antes de poder desarrollar par—, además de una secuencia de freno mecánico enclavada con la señal de marcha del propio variador y un perfil de consigna de velocidad que se compara con la velocidad real en lugar de darse por supuesto.

La longitud del cable modifica la carga, y una misma jaula pesa más cargada que vacía. Por eso la puesta en marcha debe seguir un orden fijo: aprender el desfase del encoder con la jaula vacía, hacer funcionar el conjunto en seco y, después, enrollar el cable y ajustar los parámetros con carga registrando a la vez consigna de velocidad, velocidad real, par y corriente. Solo cuando la velocidad de rastreo registrada coincide con el régimen de diseño puede entregarse la máquina.

Un transportador de banda cargado es una carga de par constante que hay que arrancar desde el reposo. La banda puede haber pasado la noche inmóvil con mineral encima, los rodillos están fríos y rígidos, y el variador debe desarrollar entre el 150 % y el 200 % del par nominal antes de que algo se mueva. Una vez arranca, la aceleración debe ser suave: dar tirones a la banda derrama material en las transferencias y, en instalaciones largas, envía una onda de tensión a lo largo de toda la línea.

Las bandas largas suelen accionarse desde ambos extremos o desde la cabeza y una polea intermedia, y esos dos variadores deben coincidir en lo que están haciendo. Sin reparto de carga, uno asume más de lo que le corresponde, se calienta más y desgasta antes su recubrimiento. El reparto puede hacerse con una relación maestro-esclavo por enlace de comunicación o con control de caída de velocidad, en el que cada variador cede ligeramente velocidad al subir el par hasta que ambos estabilizan en un punto común.

Los tramos descendentes invierten el flujo de energía. Cuando la gravedad tira más que la fricción, la banda arrastra al motor y el variador debe enviar esa energía a algún sitio: a una resistencia de frenado con chopper o de vuelta a la red mediante un frontal regenerativo. Dimensionar bien ese camino es lo que evita el disparo por sobretensión en el momento en que la banda empieza a desbocarse.

Los molinos de bolas y de barras son cargas inerciales en las que el variador se compra tanto por lo que evita como por lo que arranca. Un arranque directo consume de cinco a siete veces la corriente nominal, golpea el reductor con todo el par de arranque y hunde la tensión local; una rampa controlada elimina la irrupción, protege la corona y los rodamientos y da a la planta una consigna de velocidad que puede ajustarse a la dureza del mineral. Como el molino suele ser la mayor carga individual de la planta, el variador también ayuda a recortar el término de potencia punta.

Las bombas de desagüe y de pulpa presentan el problema contrario: cargas de par variable corrientes en un entorno que destruye los equipos corrientes. La protección por marcha en seco no es opcional, porque una bomba de pulpa que funciona sin líquido destruye sus cierres en minutos. Las tiradas de cable largas entre una subestación remota y un pozo o un sumidero hacen que la tensión en bornes del motor se comporte de forma muy distinta a la salida del variador, por lo que este debe compensar la impedancia del cable o llevar filtro de salida.

Por último, hay que diseñar para el emplazamiento. Un ambiente superior a 40 °C, una altitud por encima de 1.000 m y el polvo conductor reducen lo que un variador puede entregar, y los tres tienen curvas de reducción publicadas que deben aplicarse antes de fijar el tamaño del bastidor. La elección de envolvente —IP54 o un armario específico— se deriva de la proximidad a la trituradora, no del precio.