La economía circular gana cada vez más importancia, también en la minería. Para asegurar el éxito de este importante rubro en el futuro, es clave cambiar perspectivas, seguir innovando y emprender nuevos caminos.

Hace poco que en la red dimos la bienvenida a un nuevo integrante, experto justamente en esta área: VDB® Ingeniería Circular. Esta empresa chilena cuenta con especialistas en ingeniería y diseño de estructuras sustentables en base a Prefabricados Renovables. Como ya advierte el nombre de la empresa, aplican en sus actividades un concepto de ingeniera particular que encaja con lo que conocemos como “economía circular”. El equipo de Eco Mining Concepts habló con Maarten van den Berg, Socio / Gerente General de VDB Ingeniería Circular, para saber un poco más sobre las ideas y los motivos detrás de este concepto pionero.

[Eco Mining Concepts]: Su empresa aplica la “Ingeniería Circular” en sus servicios que depende de un trabajo previo con nombre “Ingeniería Inversa”. ¿Qué es lo particular de este concepto innovador de la Ingeniería Circular?

[VDB® Ingeniería Circular]: Desde los mandantes en la Minería y mercados como la Energía nos piden de entregar Estructuras Sustentables. Esto se logra conociendo las etapas y valores de la Economía Circular, que incluyen aspectos como la reutilización en el reciclaje. Los criterios de diseño nosotros los definimos realizando la ¨Ingeniería Inversa¨. Empezando con la etapa de reciclajes, después reutilización, construcción, transporte y producción, juntamos todos los datos que nos permiten tener los criterios de diseño para una Estructura con más de un uso. Los criterios de diseño se separan en Estructurales y Funcionales, permitiendo varios usos de los Prefabricados Renovables. Estructuras que pueden ser montado en un sitio, después se desmontan y lo llevan al siguiente proyecto. Los Prefabricados Renovables reducen así los residuos para los mandantes. (Más información aquí)

[Eco Mining Concepts]: Hoy día aumentan los esfuerzos para convertir “desechos mineros” en productos de valor, como por ejemplo respecto a la reutilización de relaves o de neumáticos dónde surgen soluciones novedosas. Entre sus especialidades cuentan prefabricados de hormigón. ¿Por qué ven ahí una oportunidad para pasar a una minería verde?

[VDB® Ingeniería Circular]: Migrar proyectos con hormigón in Situ a Prefabricados Renovables permite reducir los residuos que generan instalaciones industriales en la minería. Como ejemplo, si en un proyecto requieren zonas con pavimento o radieres en bodegas, por esto se deben usar Losas Industriales Prefabricados que permiten una solución removible. Las losas de un estacionamiento de buses, después es transformado en un camino temporal de acceso. Con la prefabricación de estructuras aportamos con una reducción de pasivos ambientales en la minería. Una minería verde es posible y el cambio a Prefabricados Renovables es un aspecto técnico importante en este camino.

[Eco Mining Concepts]: Usted como Socio de la empresa ha tenido más de 30 años de experiencia en la construcción en Europa, Medio Oriente y Sudamérica aplicando Prefabricados en la industria minera. ¿Cuáles fueron sus logros más importantes? ¿Hay un proyecto minero emblemático por mencionar?

[VDB® Ingeniería Circular]: Con el Prefabricado en una mina de Carbón en la cercanía de Berlín en los años 90 del siglo pasado, se necesitaba con urgencia una ampliación con estructuras de contención (muro vertical) para la descarga de materiales en una nueva tolva. Los moldes especiales del proyecto estuvieron instalados en Ámsterdam y permitieron en pocas semanas entregar todas las piezas en la faena en el Este de Alemania, con transporte terrestres. En Chile obras mineras se han beneficiados de los Prefabricados para producir en una zona Industrial con condiciones óptimas para la continuidad en los procesos, para después en faena solamente tener personal especializado en el montaje de los Elementos. Menos personas en terreno y una mayor velocidad de ejecución. En la mediana minería y la gran minería estatal y privada han tomado la decisión de preferir las soluciones con Prefabricados.

[Eco Mining Concepts]: Recientemente el Ministerio del Medio Ambiente, en conjunto con el Ministerio de Economía, CORFO y la Agencia de Sustentabilidad y Cambio Climático (ASCC) lo invitaron como representante legal de VDB Ingeniería Circular para participar en la Mesa Técnica de trabajo sobre el tema Ecodiseño para la primera Hoja de Ruta Economía Circular 2020-2040 para Chile. ¿Cuál es el enfoque de esta mesa?

[VDB® Ingeniería Circular]: En la Mesa Ecodiseño tenemos el enfoque de Generar insumos para el proceso de la elaboración de la Hoja de Ruta relacionado con la forma de generar nuevos procesos de diseño con trazabilidad e información práctica para dar seguimientos a las mejoras. Para lograr el objetivo que 65% de lo que producimos deben ser reciclables por diseño y reciclado para el siguiente segundo uso. Debemos promover la integración de aspectos ambientales en el Diseño y desarrollo de productos, actividades y servicios con el objetivo de reducir su impacto ambiental a lo largo del ciclo de vida.

[Eco Mining Concepts]: ¿Qué es lo necesario para que el sector minero será más consciente de las oportunidades y beneficios de la Ingeniería Circular? ¿Cómo Eco Mining Concepts podrá apoyar en ello?

[VDB® Ingeniería Circular]: Eco Mining Concepts es un importante grupo de profesionales con sus empresas en Chile y en Alemania que juntos pueden incluir la Ingeniería Circular en todas las obras Civiles en la Minería. Estamos fortaleciendo en esta comunidad de la CAMCHAL la masa crítica para que los mandantes mineros se vean acompañados en lograr Estructuras Sustentables que durante un tiempo aporte a su funcionalidad inicial y después continúan en un segundo ciclo de vida. El hormigón armado es un producto noble que se puede reciclar al 100%. Con Ingeniería Circular y la red de Eco Mining Concepts se potencia la innovación en nivel diseño Circular con la capacidad de convocar los actores más importantes en la Minería en Chile y Alemania. La capacidad de generar conexiones profesionales y plataformas comunicacionales son en buenas manos con el equipo de Eco Mining Concepts para lograr unir VDB® Ingeniería Circular a los necesidades y desafíos de la Minería en Chile.

En el año 2010 el gobierno alemán lanzó su primera estrategia sobre recursos minerales con el objetivo de establecer, asegurar y profundizar la cadena de suministro de manera altamente sustentable, transparente y responsable. Esto significaba también un estrechamiento de la relación entre Alemania y Chile como país minero, lo que llevó a la creación del Centro de Negocios Mineros de CAMCHAL. El contexto del mercado minero cambió durante los últimos años, el gobierno alemán adaptó y renovó su estrategia a inicios de 2020. Cornelia Sonnenberg, Gerente General de CAMCHAL, nos cuenta como se está diferenciando la nueva estrategia de la antigua y qué significa esto para Chile.

¿POR QUÉ EL GOBIERNO ALEMÁN RENOVÓ LA ESTRATEGIA SOBRE RECURSOS MINERALES?

CORNELIA SONNENBERG:

En los últimos años, el mercado de recursos minerales se transformó con la implementación de nuevas tecnologías como. p.ej. la e-movilidad, la digitalización y tecnologías limpias que a su vez impulsaron la demanda global por recursos mineros como cobre, litio, cobalto y tierras raras. El acceso responsable a estos recursos es cada vez más importante para los países industrializados. También ganan más relevancia temas medioambientales y sociales que conllevan nuevas exigencias para la producción. En este contexto fue necesaria la adaptación de la estrategia a estas nuevas condiciones.

¿CUÁLES SON LOS PRINCIPALES CAMBIOS EN LA ESTRATEGIA?

CORNELIA SONNENBERG:

La estrategia incluye ahora más aspectos ecológicos, económicos y sociales con el fin de asegurar un desarrollo sostenible. Esto incluye el manejo eficiente de las materias primas para así proteger el medio ambiente. El enfoque va hacía el reciclaje y un creciente uso de recursos minerales secundarios, integrando fuertemente principios de la economía circular. La nueva estrategia fomenta distintas iniciativas de I+D y busca aumentar el dialogo entre la economía, la ciencia y el estado.

¿QUÉ SIGNIFICA LA NUEVA ESTRATEGIA PARA LAS RELACIONES COMERCIALES ENTRE CHILE Y ALEMANIA?

CORNELIA SONNENBERG:

Con un fuerte enfoque en aspectos medioambientales y sociales, el gobierno alemán anhela superar distintos desafíos vinculados con la cadena de suministro de recursos minerales lo que requiere una mayor cooperación internacional. La estrategia actualizada da nuevos impulsos para las relaciones comerciales estratégicas entre Chile y Alemania, de lo cual ambos países pueden beneficiarse mutuamente trabajando en distintas temáticas claves del sector como la eficiencia energética, el uso de energías renovables, la eficiencia en el uso del agua y el aumento de la productividad cumpliendo con nuevos estándares sociales y medioambientales. Por lo tanto, la nueva estrategia también trae nuevos desafíos para nuestro proyecto Eco Mining Concepts que cuenta con el respaldo del Ministerio de Economía y Energía de Alemania. En conjunto podemos preparar el camino para que la minería del futuro sea verde, digital y sustentable.

DESAFIO

Dentro del proceso de conminución de minerales de Cobre, la molienda SAG ha destacado como un proceso relevante que permite de una manera eficiente acortar las etapas de chancado y molienda en comparación a la molienda convencional. A la vez, los molinos SAG son unos de los equipos de mayor consumo de energía eléctrica del proceso minero, por lo que resulta indispensable que su operación sea eficiente desde el punto de vista energético. La operación eficiente de un molino SAG depende del adecuado conocimiento y manejo de las variables de control, como lo son, por ejemplo: el flujo y densidad de alimentación, la granulometría y dureza del material, la carga de bolas y la velocidad de giro, etc.

Estas variables inciden sobre la producción y la potencia de operación del molino, lo que determina directamente el consumo específico de energía (CE) del equipo, un indicador de su eficiencia de operación. La gran cantidad de variables que inciden en el CE de un molino resulta en una gran dificultad para determinar si la tendencia de una variable específica podría o no influir en el aumento del CE sobre un límite que se considere apropiado. Si el CE se calcula en tiempo real, sólo es posible reaccionar a un aumento critico de su valor cuando la condición ineficiente de operación ya ha sucedido, perdiéndose tiempo y energía en la normalización a una condición de mejor desempeño.

SOLUCIÓN PROPUESTA

Con el objetivo de evitar eventos donde el consumo específico de energía del molino SAG sobrepase un límite o meta establecida, es necesario desarrollar un sistema predictivo capaz de anticipar el comportamiento del CE dadas las condiciones de operación del molino. Esto requiere modelar correctamente la compleja interacción entre cada una de las variables de operación y su efecto en el CE, tarea para lo cual resulta apropiado considerar el enfoque de modelación utilizando técnicas de Machine Learning (Aprendizaje Automático de Máquinas).

Las técnicas de Machine Learning obtienen cada vez mejores resultados en la modelación de procesos industriales. La abstracción que permiten hacer estas técnicas favorece la modelación de procesos complejos, de difícil análisis por métodos clásicos o donde no existen modelos teóricos o analíticos que permitan explicar adecuadamente el comportamiento de un fenómeno de dicho proceso, tal como es el caso de la modelación del consumo específico de energía del molino SAG.

JHG es una empresa con más de 35 años de experiencia especializada en el diagnóstico y optimización de procesos termo- energéticos, apoyando a sus clientes en la optimización del negocio y el cumplimiento de las exigencias normativas que aplican a la Minería e Industria Chilena.

Es en este contexto que JHG, en su búsqueda de contribuir al desarrollo de una minería sustentable a través de la optimización energética de los procesos mineros, complementada con herramientas innovadoras que permitan incrementar la productividad; ha desarrollado una herramienta para gestionar una operación energéticamente eficiente en molinos SAG mediante el uso de técnicas de Machine Learning.

CASO DE ESTUDIO

Utilizando técnicas de Machine Learning, JHG ha desarrollado un modelo matemático capaz de predecir con minutos de anticipación los eventos de incremento del consumo específico de energía de un Molino SAG. Este modelo genera alertas de forma anticipada a que el fenómeno ocurra, lo que permite a los operadores tomar acciones o ajustar los sistemas de control para evitar el incremento de consumo de energía.

Como caso de estudio, se generó un modelo de predicción del CE con los datos reales de operación de un molino SAG de 7 MWe. En total, se contó con 32 días de datos de operación del molino con resolución de un minuto, de los cuales los primeros 25 días fueron utilizados para entrenar el modelo y 7 días fueron reservados como datos de validación. Los datos de validación nunca son ingresados en la modelación, por lo que permiten evaluar la real capacidad del modelo de capturar el fenómeno deseado y no de aprenderse los datos, es decir, no caer en “overfitting”.

Las métricas de desempeño utilizadas en este caso corresponden a:

• Recall: Número de eventos bien predichos sobre el total de eventos reales.
• Precisión: Número de eventos bien predichos sobre el total de predicciones realizadas.

RESULTADOS

En los datos de los 7 días de validación, el molino presentó 29 eventos reales de consumo específico alto. En este escenario, el algoritmo fue capaz de detectar correctamente 24 eventos, lo que le otorga un 83% de Recall. Por otro lado, el modelo levantó en total 33 alertas, siendo solamente 9 de ellas erróneas, esto le otorga una Precisión de 73%. El modelo predice correctamente los eventos de consumo específico alto con un promedio de 5 minutos de anticipación (con rango entre 2 y 15 minutos). En la siguiente figura es posible observar un extracto de las predicciones hechas por el modelo en comparación a los datos reales de consumo específico alto del molino.

Los eventos de consumo específico correctamente predichos pueden ser evitados por el operador, por lo que es posible determinar el ahorro potencial que puede generar la implementación de esta herramienta. Los resultados de los 7 días de validación y su proyección anual se pueden observar en la siguiente tabla.

	7 días de validación	Proyección Anual
Energía consumida por el Molino [MWh]	989	51.443
Energía eventos de CE alto [MWh] (1)	16,1 (1,63%)	837,2
Energía eventos predichos [MWh] (2)	15,7 (1,59%)	816,4
Ahorro por eventos predichos [USD]	1.256	65.312 (3)

(1) Energía perdida acumulada en todos los eventos de Consumo Específico Alto que sufre el Molino.

(2) Energía ahorrada acumulada al evitar los eventos de Consumo Específico Alto correctamente predichos.

(3) Estimación del ahorro anual al evitar los eventos de Consumo Específico Alto. Se considera un precio monómico de electricidad de 80 [USD/MWh].

CONCLUSIÓN

Los resultados del modelo evaluados en datos reales de producción de un Molino SAG alcanzan una predicción correcta del 83% de los fenómenos de consumo específico alto. El uso de esta herramienta en producción habría permitido detectar de forma anticipada esos eventos de consumo específico alto, que al evitarlos habría significado un ahorro anual proyectado de un 2% de energía eléctrica, equivalentes a más de 65 mil dólares.

Las herramientas de Machine Learning utilizadas por JHG pueden ser aplicadas a cualquier otro proceso del que se dispongan la suficiente cantidad de datos y no sólo al ámbito energético, sino también con cualquier otro enfoque. Por ejemplo, la predicción de comportamientos anómalos o fallas, la simulación de la respuesta de un proceso complejo ante variaciones en sus entradas y el entrenamiento de personal utilizando procesos simulados.

*Los artículos firmados por empresas son de su exclusiva responsabilidad y no reflejan necesariamente la postura de CAMCHAL.

 

El potencial geotérmico de Chile es bien conocido y ha sido documentado con la puesta en marcha de la primera central geotérmica –Cerro Pabellón– en Chile. Además de su potencial energético, las aguas termales aprovechadas contienen en ocasiones altos niveles de elementos como el litio, el rubidio o el antimonio, de gran importancia para la tecnología energética y el sector de alta tecnología y que han sido clasificados como materias primas críticas. En los últimos años, las salinas del desierto de Atacama en Chile se han convertido en un importante recurso para la producción de litio. En este caso, la extracción de materias primas va acompañada de considerables intervenciones medioambientales y de una gran demanda de agua, lo que ofrece un alto potencial de conflicto, especialmente en el desierto más seco de la tierra.

El proyecto germano-chileno BrineMine persigue el enfoque de extraer materias primas del agua geotérmica. Con la ayuda de la tecnología de membranas, el calor del agua se utiliza para separar las materias primas minerales y el agua en un sistema cerrado a través de un proceso técnico. El objetivo es extraer no sólo minerales sino también agua potable como un recurso importante. En comparación con los procesos de evaporación convencionales, los procesos de membrana aceleran la concentración del agua, de modo que en el futuro se pueda implementar una alternativa sostenible y eficiente de materias primas a la minería convencional de litio.

En un primer paso, se desarrollará una planta piloto en Alemania para probar la extracción en el laboratorio con salmueras artificiales y reales. Uno de los puntos centrales es el pretratamiento de agua salina para evitar depósitos minerales dentro de los módulos de membrana. La precipitación incontrolada de silicatos, que a menudo están presentes en aguas geotérmicas cercanas a la saturación, puede limitar la productividad de la planta. La precipitación dirigida garantiza la procesabilidad del fluido y también ofrece la posibilidad de producir el propio silicato precipitado como una valiosa materia prima. Al mismo tiempo, una campaña de muestreo en el norte de Chile sirve para estimar el potencial de materia prima de las aguas geotérmicas y debería conducir a la selección de un lugar ideal para la extracción de materia prima. En un paso final, la planta piloto desarrollada será transferida a Chile e instalada allí.

Para probar una aplicación de la tecnología en la práctica industrial y cuantificar la eficiencia económica, estamos abiertos a la colaboración con empresas interesadas.

Proyecto en cooperación con: Fraunhofer Chile Research, Karlsruhe Institute of Technology, CEGA (Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes), SolarSpring GmbH; Geothermie Neubrandenburg GmbH; GTN Latin America; Fraunhofer CSET; Transmark