RETO FLSmidth quería desarrollar una maquina muy compleja que revolucionase la industria minera al reducir el coste asociado con combustible, el mantenimiento del vehículo y la infraestructura. SOLUCIÓN FLSmidth trabajó con el equipo de Soluciones de Ingeniería de Maplesoft para crear un modelo multidominio de alta fidelidad de la máquina, para identificar cualquier problema potencial con el diseño del sistema antes de la producción. RESULTADO Trabajando con Maplesoft, FLSmidth diseñó un modelo completamente funcional del Dual Truck Mobile Sizer (DTMS). El aprendizaje de los posibles problemas en la fase de diseño permitió al proyecto no salirse del camino. Saber que el DTMS funcionará correctamente la primera vez que se pruebe permitirá ahorrar millones de dólares en producción y costes de rediseño.

En la industria minera, las plantas de procesado se construyen generalmente en la zona de extracción. El mineral extraído es transportado por por camiones súper-pesados a la planta, donde es triturado en tamaños menores antes de apilarlos, o transportarlos a otro lugar para seguir con su procesado. Además del mineral, la mina normalmente tiene que mover cuatro veces más carga que la del propio mineral. Las grandes minas generalmente mueven 700.000 toneladas de material al día. A medida que crece la mina, los camiones tienen que recorrer distancias más largas para depositar su carga, lo que se traduce en un incremento de costes de combustible y mantenimiento del vehículo.

Para abordar este problema, FLSmidth pidió a los servicios del equipo de Soluciones de Ingeniería de Maplesoft que desarrollasen herramientas de diseño y análisis que les ayudara a diseñar el Dual Truck Mobile Sizer (DTMS) – una máquina innovadora que puede ser reposicionada durante el proyecto, a medida que incrementan las distancias del transporte.

El DTMS aumenta la eficiencia de rotura del material en el depósito gracias a su configuración de doble salto. Un camión retrocede hacia un depósito hasta alcanzar el bordillo de restricción en el suelo. Después de depositar su carga, lentamente se mueve, baja el contenedor y se aleja. Una vez el camión se separa del depósito, este puede ser levantado. Mientras se levanta, va depositando los materiales en la tolva del alimentador de la plataforma. A medida que el material se introduce se transporta ese material hasta la trituradora hasta que queda reducido a un tamaño adecuado. Después de ser triturado, el material se deposita en la cinta de descarga donde es llevado a la cinta de banco. Este proceso se realiza mientras otro camión deposita material en el otro contenedor, lo que aumenta el numero de ciclos de descarga de camión.

• Proyectos complejos involucran múltiples grupos de diseño trabajando en diferentes subsistemas que luego han de ser integrados.
• El modelado a nivel de sistema provee identificación temprana y corrección de problemas de integración antes de que se conviertan en problemas costosos.
• MapleSim esta fuertemente integrado mediante comandos API con Maple, permitiendo el análisis y optimización de modelos multidominio complejos.
• Los estudios multidominio a nivel de sistema del DTMS proveyeron una visión temprana de todo el comportamiento dinámico, llevando a la implementación de mejoras significativas en su estructura y respuesta dinámica.
• MapleSim y Maple fueron herramientas indispensables para el temprano diseño y análisis del sistema.

Para crear herramientas que ayudasen a FLSmidth a diseñar esta innovadora pieza de su equipamiento, el equipo de Maplesoft tuvo que comprender en profundidad las dinámicas del sistema de salto. Empezaron usando MapleSim, la plataforma de modelado y simulación avanzada, para desarrollar un modelo completamente parametrizado del salto. Aprovechándose de las capacidades de modelado multidominio de MapleSim, fueron capaces de crear un modelo de alta fidelidad que incorporaba todos los componentes clave del salto – desde su estructura geométrica y funcionamiento mecánico, hasta los circuitos hidráulicos y controladores. "El DTMS es una maquina muy grande y compleja," dice Willem Fourie, Global Product Line Manager – Mobile Sizer Stations, FLSmidth. "La habilidad para modelar todos los aspectos de sus operaciones durante la fase de diseño usando MapleSim nos dio la confianza de que el producto que definitivamente construyésemos funcionaria correctamente desde el inicio. No podemos ni empezar a poner un valor a lo que significa esto para nosotros."

Modelo en 3D del depóstito, y su correspondiente modelo con hidráulica en 2D

El enfoque del modelado con MapleSim no solo ofrece los requerimientos básicos de la simulación dinámica multidominio, sino que también da acceso a las ecuaciones simbólicas que hay debajo, permitiendo al usuario crear rápidamente herramientas de diseño específico usando el motor computacional simbólico de alto rendimiento de Maple.

La creación del modelo del contenedor se complementó con el desarrollo de múltiples herramientas de diseño para ayudar a ajustar el modelo para conseguir el comportamiento deseado. Una de esas herramientas es la Geometric Design Evaluation, que proporciona la habilidad de evaluar cambios en las dimensiones del diseño del contenedor y su efecto en las dinámicas del sistema. La herramienta utiliza Maple, la herramienta de computación simbólica de Maplesoft, para realizar un barrido paramétrico, mientras simultáneamente ejecuta simulaciones usando los diferentes valores de los parámetros provistos. Maple luego presenta los resultados dentro de una única gráfica para una fácil comparación y evaluación. Otras herramientas desarrolladas incluyen herramientas para modelar la hidráulica y los componentes, diseñar el perfil de movimiento, investigar la carga dinámica en los cojinetes, y estimar la carga de flujo de material.

Como parte de desarrollo y verificación del modelo del contenedor, el equipo técnico de Maplesoft también evaluó el diseño, para identificar las fuentes de vibraciones y sus efectos. Desarrollaron un método para realizar un análisis de estabilidad, que fue posible gracias al hecho de que el modelo del contenedor proporcionaba un fácil acceso a características geométricas clave y propiedades dinámicas del diseño. El método de análisis de estabilidad se mostró usando un caso de estudio donde se variaba la localización del sensor de retroalimentación. El análisis identificó un problema potencial muy temprano en la fase de diseño, permitiendo a los ingenieros de FLSmidth desarrollar un diseño más robusto.

"El análisis de estabilidad realizado por el equipo de Maplesoft fue muy esclarecedor," dijo Fourie. “El conocimiento temprano de un problema potencial nos permitió realizar el diseño teniéndolo en mente, en lugar de tenerque volver atrás y tener que volver a trabajar el diseño en una etapa posterior. Esto contribuyó a mantener nuestro proyecto según lo planeado, y ahorrarnos millones de dólares." El método de diseño del análisis de estabilidad y todoas las otras herramientas de análisis desarrolladas por Maplesoft se proporcionaron a FLSmidth, capacitándolos para aplicarlas en futuros proyectos.

Una vez que se completo el modelo y su verficiación, durante las siguientes fases del proyecto, el personal de Maplesoft siguió con el desarrollo del modelo del chasis, y finalmente el DTMS completo. Se crearon muchas más herramientas de diseño, proporcionando la posibilidad de evaluar la flexibilidad de las articulaciones, variaciones de los centros de masas cuando el depósito se elevaba y bajaba, e incluso el modelado del terreno para investigar los desplazamientos verticales del sistema en diferentes tipos de suelo.

Modelo de DTMS completo, incluyendo interacciones de la cimentación y el suelo