Metso's Smart Tag - La nueva generación

SmartTag(tm) es un sistema IDRF (Identificador de Radio Frecuencia) basado en tecnología diseñada para permitir el seguimiento del mineral desde su origen, a través de explosiones, funcionamiento de la mina (FM), procesos de chancado, reservas intermedias y, finalmente, en concentradoras. Aquí mostraremos la situación actual y la futura dirección del sistema de rastreo de mineral SmartTag(tm).

El grupo Process Technology and Innovation (PTI) de Metso es un líder mundial en consultoría sobre procesamiento de minerales. Una parte importante de este trabajo de consultoría consiste en estudios de Integración de Procesos de Optimización (IPO), que incluye la investigación de los efectos de la perforación y el diseño de la explosión, y la aplicación en los procesos posteriores. Fundamental para estos estudios es la capacidad de rastrear el mineral específico a través de la planta.

Para aumentar la precisión de este rastreador de mineral, PTI desarrolló un sistema para rastrear el mineral utilizando transpondedores con sistema IDRF, llamado SmartTag(tm). Desde su comercialización en 2007, SmartTag(tm) se ha utilizado en la mayoría de los proyectos de consultoría de PTI y varios sistemas permanentes ya han sido instalados alrededor del mundo.

Los beneficios del uso del SmartTag(tm) incluyen: la vinculación de datos espaciales de la mina al tiempo de los datos de procesamiento, un incremento de la confiabilidad en la mezcla de minerales, cambios en el proceso proactivo en tipos de mineral conocidos, y la medición exacta de tiempos de residencia en pilas de almacenamiento y bodega.

Desde 2007 se han producido importantes avances con la tecnología IDRF que ha permitido a PTI ampliar el alcance del SmartTag(tm), más allá del chancado secundario, terciario y procesos posteriores. Esto se ha logrado al reducir drásticamente el tamaño del SmartTag(tm) de un diámetro de 60 mm a 20 mm. El nuevo y más pequeño IDRF se ha utilizado con éxito en varios estudios.

El Sistema SmartTag(tm)

Un SmartTag(tm) viaja a través de una mina y planta de procesamiento de minerales en una serie de sencillos pasos. Inicialmente, la ubicación de la etiqueta y la inserción se registra utilizando una computadora de mano o PDA; luego, se inserta en el mineral (por ejemplo, en un agujero con explosivos). El SmartTag(tm) viaja con el mineral a través de la excavación, transporte y procesamiento, antes de ser registrado en los lugares de detección (cintas transportadoras), cuando el tiempo y etiqueta específica se reconoce. Los datos de las etiquetas IDRF se cargan en una base de datos y se analizan según sea necesario.

Para lograr esto, el sistema de etiquetas inteligente requiere de cinco componentes principales. El primer componente en el sistema es un PDA, que permite que el proceso inicial de inserción de datos sea  más eficiente y preciso.  Cada dato de radio frecuencia se añade a la base de datos utilizando una de las tres opciones: asociado a un sistema de coordenadas GPS, a un punto predefinido (por ejemplo, un agujero con explosivos), o con un nuevo punto, que puede ser precisado con posterioridad.

En la actualidad, el sistema no permite el GPS de alta precisión, pero se puede localizar el punto más cercano de una serie de puntos predefinidos, tales como perforaciones, y permitir al usuario asociar etiquetas IDRF con estos puntos.

El siguiente componente en el sistema, la antena, se encuentra en las cintas transportadoras. Ésta induce tanto una carga en la etiqueta como también recibe una señal transmitida desde la misma. El diseño de la antena se decidió por dos parámetros, que son su tamaño y su robustez. El tamaño de la antena determina el área y la fuerza del campo que irradia. Para esta aplicación, el área de campo lo suficientemente fuerte como para cargar la etiqueta debe ser tan grande como sea posible; por lo tanto, la antena utilizada para el sistema de etiquetas inteligentes es la más grande disponible para esta frecuencia en un sistema IDRF.

Un IDRF decodifica la señal de la antena y determina la ubicación de la etiqueta  que pasa por la antena. Las versiones más recientes de los lectores también tienen capacidades de auto-ajuste, lo que garantiza una distancia máxima de lectura todo el tiempo. En el SmartTag(tm), el lector transmite la identificación por medio de comunicaciones en  serie.

Un registro de datos - o etapa de amortiguación - mejora la fiabilidad de los sistemas y también hace posible la movilidad estos. El registrador de datos los recibe directamente desde el lector de IDRF, almacena los códigos de identificación en el momento en que se detectan y monitorea los parámetros vitales del sistema, como el estado de ajuste de la antena. La etapa de registro de datos también hace del SmartTag(tm) un sistema menos dependiente de las vías de comunicación (como la inalámbrica), debido a que los datos se almacenan en el punto de detección hasta que se establece un vínculo con las aplicaciones de software. Los enlaces comunicacionales críticos, como el existente entre la antena y el lector, están conectados entre sí y son muy fiables.

El núcleo del software del SmartTag(tm) es una base de datos de LCE (Lenguaje de Consulta Estructurado). Ésta, que se encuentra en un servidor específico, almacena toda la información acerca de los puntos de detección, detecta las etiquetas IDRF y los lugares de origen. Existen varias aplicaciones de software SmartTag(tm) que o bien introducen información en la base de datos, o bien leen las bases de datos para extraer información. Estos incluyen el SmartTagServer, que lee los datos desde los registradores; el SmartTagPDA, que intercambia datos con el PDA y traduce sitios de diagramas de diseño; y SmartTagRes, que calcula el tiempo de residencia entre dos puntos de detección.

Añadiendo mini etiquetas IDRF
Para ampliar las aplicaciones de las etiquetas inteligentes, o SmartTags(tm), a través y más allá del chancado secundario, se requiere de una mini etiqueta IDRF. Para incorporar ésta dentro del SmartTag(tm), PTI se enfrentó a dos retos importantes: la distancia reducida de lectura y un diseño robusto.

Al reducir el tamaño de la etiqueta, la antena de la misma también disminuye. El tamaño de la antena es directamente proporcional a la carga inducida por la intensidad de campo dado. Por esto mismo, el rango de lectura disminuirá a medida que el tamaño de la etiqueta decrece.

A través de la investigación, se encontró que las etiquetas de 20mm poseían un rango de lectura insuficiente para la instalación estándar del SmartTag(tm). PTI ensayó dos métodos para reparar este ítem: el primero fue utilizar dos antenas, mientras que el segundo fue instalar la antena más cerca del IDRF.

Ambos sistemas fueron probados en una mina de mineral de hierro. Ambos acercamientos, antenas dobles o disminución de la distancia de ésta, tuvieron una capacidad de detección similar. Sin embargo, basado puramente en la facilidad de instalación, una antena situada bajo la correa, fue elegido como el nuevo método de instalación estándar.

El segundo reto que enfrentó el área al incorporar las mini etiquetas de IDRF dentro del sistema SmartTag(tm) fue cómo protegerlos lo suficiente para sobrevivir a la explosión. Un método previamente utilizado por PTI para alcanzar este objetivo fue revestir las etiquetas en dos partes epoxi. El método resulta bueno para proteger las etiquetas e, incluso cuando consume mucho tiempo y costos, es el modo elegido para proteger las etiquetas. Otros materiales de revestimiento, como nylon reforzado, aún están siendo investigados.

Después de encerraras en epoxi, las mini etiquetas alcanzan un diámetro de 20mm., y se muestran, con un SmartTag(tm) como referencia, en la Figura 1. El tamaño del mini IDRF le permite pasar fácilmente a través de harneros con aperturas bajo los 25mm.

Conclusiones
Metso PTI ha incorporado exitosamente un pequeño, o mini, IDRF dentro de su sistema SmartTag(tm). Los cambios al sistema de instalación son menores e incrementan la ocnfiabilidad del sistema en su conjunto. En varios ejemplos las mini etiquetas de IDRF han probado ser, en promedio, más resistentes que las de tamaño normal.

El equipo de PTI tiene previsto que, con la exitosa incorporación de las mini etiquetas al sistema SmartTag(tm), se permitirán otras aplicaciones para que el sistema se expanda. Estas nuevas aplicaciones podrían incluir un uso más amplio en la industria del hierro, donde el tamaño es la cualidad crítica del material. PTI ahora trabaja en demostrar la fiabilidad del nuevo tamaño de IDRF, la aún más pequeña etiqueta micro, que puede pasar a través de mallas de 10mm.

Con la disminución del tamaño de las etiquetas y el desarrollo del SmartTag(tm) en un verdadero sistema distribuido, éste puede extenderse más allá de la mina para cubrir toda la cadena de suministro de minerales. Los puntos de detección pueden ahora ser localizados en la planta, el puerto, e incluso en las locaciones del cliente, como un horno.

Estudio de casos
Los dos estudios de casos presentados aquí demuestran las aplicaciones donde es ventajoso el uso de la mini etiqueta IDRF en comparación a la de tamaño normal.

Caso 1 - Circuito de Chancado Secundario
Como parte de un estudio más amplio de IPO,  el circuito de chancado secundario se estudió mientras se alimentaba con un tipo de mineral en particular. Para determinar el origen del mineral en un momento determinado y, sobre todo, durante las encuestas, los puntos de detección del SmartTag(tm) se establecieron en tres lugares alrededor del circuito. Estas tres zonas comprendieron el producto de la trituración primaria, el alimentador de la trituración secundaria y el producto de la última.

Un total de 384 mini-etiquetas IDRF fueron colocados en ocho polígonos (un polígono se define como diferentes zonas de mineral dentro del modelo de bloques de la mina) después de la explosión, en la plataforma de la mina y en camiones como el comienzo del mineral en la trituración primaria.

De las 384 etiquetas colocadas, tanto en la pila de residuos como en el recorrido  de la mina, un 45% fue detectado. Sin embargo, si esto se compara con el porcentaje de cada polígono que fue excavado para el final del ensayo, en razonable concluir que muchas de las etiquetas de IDRF que no fueron detectadas tampoco fueron excavadas durante la prueba.

Para determinar la tasa de supervivencia de las etiquetas durante la trituración secundaria, se comparó el número detectado de éstas antes y después de este proceso. De las 128 etiquetas detectadas en un principio, 97 fueron registradas al finalizar tal proceso.

Sin embargo, como 52 etiquetas fueron detectadas después de la trituración secundaria - pero no aparecieron antes de esta etapa - la supervivencia real es difícil de determinar. Sólo comparando las etiquetas de IDRF registradas en ambos puntos de detección, puede concluirse que, al menos un 76% de las mini etiquetas sobrevivió al chancado secundario, aunque este número podría ser aún mayor.

Las mallas que siguen inmediatamente al chancado secundario usan aperturas de 55mm. y, como es de esperarse, ninguna de las etiquetas se recicla a través de esta etapa.

La principal aplicación del SmartTag(tm) es determinar el origen del mineral procesado durante el recorrido en planta. En esta aplicación, donde la alimentación de la planta incluyó mineral mezclado y material de desecho, el SmartTag(tm) fue esencial para determinar cuáles materiales fueron procesados en planta al momento del estudio. Las mini etiquetas fueron requeridas para permitir el seguimiento del mineral durante todo el camino y a través del chancado secundario, probando que eran lo suficientemente fuertes para sobrevivir tanto a la explosión como a esta última etapa.

Caso 2 - Circuito de HPGR
PTI fue contratado para evaluar el funcionamiento de un circuito en una mina situada en Sudamérica. El sistema SmartTag(tm) fue utilizado, en esta aplicación, para permitir que los ingenieros de PTI pudiesen saber exactamente cuando una producción de explosión estaba siendo procesada. Por esta razón, los puntos de detección fueron ubicados en las cintas transportadoras que llevan el producto al chancador primario, la salida del material y alimentador del Rodillo de Alta Presión en Molienda, o High Pressure Grinding Roll, por sus siglas en inglés.

A medida que la explosión fue analizada, las etiquetas de IDRF fueron depositadas en 68 agujeros de explosión, usando una separación de 34 etiquetas normales y 34 mini etiquetas. Otras 50 etiquetas fueron incluidas después dentro de las pruebas en 25 camiones en chancado primario, usando cada una de los dos tipos de etiquetas en cada vehículo.

Un total de 68 etiquetas fueron identificadas en el punto de detección del producto de chancado primario, 23 en el punto de desechos y 41 en el punto del alimentador de HPGR.
La explosión fue realizada el 22 de enero, y la excavación se llevó a cabo entre el 15 y el 17 de marzo (dos meses después). El sistema SmartTag(tm) monitoreó el material a través del proceso por un período de 30 horas. Durante este tiempo, un total de 67 etiquetas diferentes fueron registradas; 33 de tamaño normal y 34 mini etiquetas.

Para los puntos de detección de la pila de material y del alimentador de HPGR, la recuperación fue calculada en referencia a las 64 diferentes etiquetas de IDRF detectadas en el chancado primario. De las etiquetas registradas en el punto de detección de esta primera etapa, un 42.2% fue registrado en el alimentador de HPGR; por otro lado, para las mini etiquetas, un 67.6% de las detectadas en este proceso fueron también detectadas en el alimentador de HPGR. Esto muestra que la supervivencia de las etiquetas más pequeñas dentro del circuito es mayor que la de las etiquetas normales. En una situación hipotética, donde la malla del chancado secundario es más pequeño de 50x50mm, las etiquetas normales ciertamente no podrían alcanzar el HPGR.

La detección de etiquetas en el chancado primario también se vio afectada por la remoción del sistema SmartTag(tm) luego que el producto explotado fue procesado completamente (por razones logísticas).

Las etiquetas fueron utilizadas para rastrear el material durante la campaña de optimización en la planta. Durante el proceso, el material que alimentó a la planta fue originado desde la parte central de la explosión.

Un inesperado resultado fue que tres de las mini etiquetas fueron dos veces registradas en el punto de detección del alimentador del HPGR. Una explicación de esto es que éstas sobrevivieron el HPGR y retornaron con la circulación del mineral (en mallas de más de 5mm.)

Para más información, contactar a
Luis Tapia - Ingeniero Process Technology, Metso Mining and Construction
Tel.: 56 2 370 2057, E-mail: luis.tapia@metso.com