Justificación de uso de Variadores para Molinos
de Bolas en el Proyecto Mina Justa
Por: Fernando Antonio Ponce
Resumen
Este artículo trata sobre la justificación de determinada tecnología frente a otra en el proyecto Mina Justa, explicando
brevemente la característica de cada uno, Ciclo Convertidores y Variadores, se hará una comparación breve de
soluciones usadas en Mina Justa (Ica-Perú, en desarrollo de ingeniería) y Antamina (Ancash- Perú, en producción).
Palabras Clave: GMD, Ciclo-Convertidor, Variador, Motores, Minería.
Introducción
Los Ciclo Convertidores y Variadores, ambos son
convertidores AC/AC, de frecuencia variable a la
salida, así que empecemos recordando algunas
diferencias principales:
Fig 1.b –Ciclo convertidor: Etapas de AC/AC
Fig 1.a –Variador: Etapas de DC/AC

El variador tiene 2 etapas de potencia
(Rectificación e Inversión Fig 1.a), o sea que pasa
por una etapa de DC, mientras que el Ciclo
Convertidor (en adelante llamado CCV) tiene una
sola etapa de potencia (AC/AC) Fig 1.b, sin pasar
por una etapa de DC.

El variador puede tener a su salida una frecuencia
mayor o menor que la frecuencia de entrada,
mientras que el CCV su frecuencia de salida es
mucho menor que la frecuencia de entrada, es por
esta razón que los CCV se usan en máquinas de
baja velocidad (baja RPM y gran potencia).

El variador se usa en máquinas de pequeña,
mediana y gran potencia, es por eso que los CCV
usan tiristores (SCR) mientras que los variadores
usan IGBT para BT (Baja Tensión) y Tiristores de
alta frecuencia (IGCT, SGCT) para MT (Media
Tensión) ver Fig 1.c.

El variador disipa poco calor, en cambio el CCV
disipa mucho más calor.
Fig 1.c Aplicaciones
de Semiconductores
de Potencia (Fuente:
Powerex Inc.)
1
Hablemos de Precios
Normalmente un CCV existe para motores grandes
(mayor a 10 000 HP). Por ejemplo, un CCV para un
motor de 10 000 HP podría costar US$5 MM, mientras
que un variador podría costar US$1MM para esa
misma potencia. Esto debido a que los fabricantes
(tales como ABB, Siemens, etc.) venden la solución
completa, que comprende una sala eléctrica pre
fabricada que no solo integra al CCV, sino también el
convertidor de excitación (por lo general para motores
síncronos), un controlador de alta velocidad para el
CCV y excitación, para el sistema de refrigeración
(agua) de los tiristores, un MCC para los motores de
BT de los sistemas auxiliares (ventiladores, bombas de
del sistema de enfriamiento, sistema de lubricación,
heaters del sistema de lubricación e hidráulico, etc),
UPS, PLC, HMI, relés de protección inteligentes
(Multifunción),aire acondicionado, etc. Ver fig 1.2
Fig 1.2 Solución GMD con CCV y sala de control
Sin embargo, para aplicaciones de gran potencia
(mayores a 5 000HP), poco a poco los CCV están
ganando terreno, casos como en fajas transportadoras
grandes, puesto que en lugar de tener más de dos
motores asíncronos (con variadores), reductores para
mover una faja, es mejor tener solo un par de motores
síncronos de baja velocidad (rotor de varios polos) con
CCV, puesto que se elimina el costo de reductores que
usan los motores asíncronos (que son de baja
velocidad).
Fig1.1 Motores de fajas de 3.8MW cada uno - Diagrama
Unifilar Antapaccay
y algunas minas de Chile. Esta nueva aplicación les
conviene a los clientes por cuestiones de confiabilidad
en su operación, puesto que tendrían menos
elementos susceptibles a falla (es decir menos
motores, menos variadores y ningún reductor,
incluidos en el plan de mantenimiento mina)
En Antamina tienen CCV hasta de 18 pulsos para
motores de 2 300 HP (1.7MW), y para motores de
hasta 1 150HP (850Kw) usan tecnología de variadores
AFE (Active Front End) o Frente Activo, que no
requiere transformador de aislamiento, que es mucho
mejor que los convencionales que si tienen
transformador de aislamiento.
Los variadores más recientes en Antamina, son del
2010 y 2011 (mientras que la tecnología de CCV para
motores en fajas transportadores recién se empezó a
usar en el mundo en 2012 en Antapaccay-Perú,
mientras que los CCV para molinos de gran potencia
(mayor a 10 000HP) si es un estándar desde la década
de los 70’s.
En Mina Justa, los Molinos son relativamente grandes
de 6MW, que tienen una configuración como la Fig 1.3
Soluciones Actuales de CCV en fajas
Así lo tienen en Las Bambas (Apurimac- Peru) y
Antapaccay (Cuzco-Peru) ver Fig 1.1.
2
Fuentes:





El accionamiento sin engranajes para molinos
(GMD) Deja los engranajes, ABB – 2010.
Semiconductors Manual, Mitsubishi Powerex Inc.
– 2009.
Fundamentals of power electronics - Erickson 2e
-2004.
Power
Electronics:
Circuits,
Devices
&
Applications (4th Edition), Muhammad H. Rashid
– 2014.
Ingenieros participantes de los proyectos
mencionados en este artículo.
Fig 1.3 Molino con engranajes
El molino de bolas de Antamina es de 11.1 MW que
tienen la solución CCV y motor síncrono conocido
como GMD (Gearles Mill Drive) o Motor de Molino sin
engranaje, es decir no tiene engranajes ni piñones,
para reducir la velocidad como en la Fig 1.2.
Puesto que la combinación de CCV (a baja frecuencia
a la salida) y motor síncrono (con varios pares de
polos) van conectados directamente motor-molino, sin
reducción ni engranajes, puesto que la combinación de
CCV (a baja frecuencia de salida) y motor síncrono
(con varios pares de polos) van conectados
directamente al motor del molino (sin engranajes de
por medio).
Acerca de mi
Bachiller de la Universidad Nacional
del Centro del Perú(UNCP) Facultad
de Ingeniería Eléctrica y Electrónica,
Mis intereses son Electrónica de
Potencia, Control de Motores,
Métodos y Física Computacional, e
Ingeniería
de
Control
y
Automatización.
Contacto: f.antonioponce@icloud.com
¿Entonces, se justifica el uso de CCV en Mina
Justa?
Para la potencia de los molinos dados (6MW = 8000
HP), Sí. En entrevistas a los Ingenieros involucrados
en la ingeniera de Mina Justa, declararon que han
justificado detalla mente al cliente el uso de esta
tecnología para su proceso (de 108 MT/año de
extracción, se obtendrá 15 MT/año de mineral). En
minas pequeñas y medianas se suele optar por esa
solución. Pero considerando la potencia de estos
molinos que ya son comparables a minas grandes, se
podría recomendar la solución de GMD. Se tendría que
desarrollar primero el análisis Costo-Beneficio que con
llevan estas alternativas, es decir: 1. Molinos con
reducción (piñón-cadena) y 2. Molinos sin reducción
(GMD).
3