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MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 8 Contenido Histórico 78 Apuntes para la historia de la minería en los Andes centrales del Perú 10 Almacenamiento de electricidad con baterías de litio (BESS) para reducir costos e incrementar la confiabilidad eléctrica de Compañía Minera Poderosa 09 La innovación en el procesamiento de minerales Innovación Editorial Procesamiento de minerales Geoingeniería Paleontología 26 Microencapsulación de Acidithiobacillus thiooxidans para su uso en proceso de biolixiviación/biooxidación de minerales 42 Incremento de la tasa de filtrado en concentrados de cobre producto de la optimización operativa del sistema espesador de pasta y filtros Larox - planta puerto Punta Lobitos, Compañía Minera Antamina 54 Análisis comparativo por los métodos de equilibrio límite y elementos finitos en la seguridad de las presas de relaves 70 Examen de un perfil estratigráfico del Complejo Arqueológico Maranga - Lima PRESIDENTE: Darío Zegarra 1er. VICEPRESIDENTE: Zetti Gavelán 2do.VICEPRESIDENTE: Juan Carlos Ortíz DIRECTORES Raúl Garay Tamiko Hasegawa Gustavo Luyo Richard Contreras Homar Lozano Diana Rake Roberto Maldonado Tomás Gonzáles Karina Zevallos Enrique Ramírez Jimena Sologuren EXPRESIDENTE: Abraham Chahuan REPRESENTANTE CIP: Germán Arce GERENTE GENERAL: Gustavo De Vinatea COMITÉ EDITORIAL: Miguel Cardozo Roberto Maldonado Richard Contreras Darío Zegarra Luz Cabrera Diógenes Uceda MINERÍA es la publicación oficial del Instituto de Ingenieros de Minas del Perú Calle Los Canarios 155-157, Urb. San César - II Etapa, La Molina, Lima 12, Perú. Telf. (511) 313-4160 / E-mail: rmineria@iimp.org.pe http://www.iimp.org.pe «Hecho el Depósito Legal Nº 98-3584 en la Biblioteca Nacional del Perú» El Instituto de Ingenieros de Minas del Perú no se solidariza necesariamente con las opiniones expresadas en los artículos publicados en esta edición de MINERÍA. Se autoriza la reproducción de los textos siempre que se cite la fuente Director: Homar Lozano Editor: Hebert Ubillús Arriola Publicidad: 961748318 / 944570038 Colaboradores: José Estela – Anakaren López, Luis Medina y Diola Nuñez – Eleuterio Rivera y Miguel Galindo – José Luis Ramírez – Rafael Vega, Carlos Toledo, Luis Huamán y Grace Alexandrino – Augusto V. Ramírez Diagramación: César Blas Valdivia Corrección: C & S Comunicaciones PUBLICACIÓN OFICIAL DEL IIMP www.revistamineria.com.pe rmineria@iimp.org.pe 566 Noviembre 2024 Ofrecer a nuestros lectores conocimiento, tecnología e innovación, orientados al desarrollo productivo y sostenible de las operaciones mineras, buscando la mejora de la calidad y competitividad del sector minero. Misión:
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 9 La innovación en el procesamiento de minerales La transformación de la roca, que se encuentra en las entrañas de la tierra, en metales valiosos para que la industria desarrolle productos que contribuyan a la transición energética global, es un proceso que ha evolucionado a lo largo del tiempo, siendo cada vez más eficiente y amigable con el medio ambiente. Con el uso de lo último de la tecnología, en la actualidad los modelos tradicionales de recuperación de minerales han sido optimizados, permitiendo no solo mejoras operativas sino también haciendo más competitivas a las unidades mineras. Asimismo, ahora es posible reaprovechar lo que antes era considerado un desecho, impulsando la Economía Circular, en beneficio del medio ambiente con un conocimiento tecnológico de avanzada. Del mismo modo, el uso de la biolixiviación bacteriana continua avanzando en la industria como alternativa limpia para el procesamiento de minerales, lo que implica desafíos y oportunidades tecnológicas que es necesario abordar en países mineros como el nuestro con el apoyo de la academia. La innovación cruza transversalmente a todos los procesos mineros, lo que posibilita tener operaciones digitalizadas que minimizan su impacto ambiental y social. Un ejemplo palpable lo constituye Quellaveco, la primera mina digital del Perú y del continente, que ha incluido una novedosa tecnología para recuperar cobre del material de desmonte. Esto, con el uso de la primera planta de flotación de partículas gruesas. Todos estos avances, al igual que los que mostramos en las siguientes páginas, revelan la capacidad y resiliencia de los profesionales de la ingeniería nacional que, de manera permanente, innovan para perfeccionar los procesos con el uso de las más avanzadas herramientas tecnológicas. Esa es una parte fundamental del ecosistema minero que debemos potenciar con la colaboración de la academia que, como sucede en los países desarrollados, juega un papel crucial en el desarrollo tecnológico aplicado a la minería, en una labor articulada con las empresas y el Estado. En ese entendido, desde el Instituto de Ingenieros de Minas del Perú trabajamos para acercar a las universidades con las compañías mineras, con el propósito de consolidar un espacio que fomente la investigación, con el debido impulso gubernamental, para articular un hub de conocimiento en beneficio del desarrollo del país. Editorial Homar Lozano Director
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 10 Almacenamiento de electricidad con baterías de litio (BESS) para reducir costos e incrementar la confiabilidad eléctrica de Compañía Minera Poderosa Innovación Por: José Estela Ramírez, gerente del Proyecto, Compañía Minera Poderosa. Trabajo ganador en el área de Innovación y Tecnología en Conamin 2024. Resumen El presente artículo, detalla la implementación del Sistema de Almacenamiento de Energía Eléctrica con Baterías (BESS), en Compañía Minera Poderosa. El proyecto consiste en la implementación de un BESS de 4 MW / 8 MWh, para reducir cargos por potencia y peaje principal de la compra de electricidad a la red nacional, y disminuir el consumo de combustible para la generación termoeléctrica. El BESS está conformado por cuatro contenedores de baterías de litio de 8 MWh en total, 20 inversores de 4 MW en total, dos transformadores de potencia de 5 MVA en total, un Sistema de Gestión de Energía (EMS) y un software predictor de máxima demanda eléctrica de la red nacional. Las baterías del BESS se cargan en las horas de menor demanda eléctrica de las operaciones mineras dentro de las horas fuera de punta y, se descargan o entregan energía a la red de la uniFigura 1. Estructura de la demanda eléctrica de Compañía Minera Poderosa.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 11 Abstract This paper details the implementation of the Battery Energy Storage System (BESS) at Compañía Minera Poderosa. The project consists of the implementation of a 4 MW / 8 MWh BESS, to reduce power and main transmission charges for the purchase of electricity from the national grid, and to reduce fuel consumption for thermoelectric generation. The BESS consists of 4 lithium battery containers of 8 MWh in total, 20 inverters of 4 MW in total, 2 power transformers of 5 MVA in total, an EMS (Energy Management System) and a software predictor of maximum electrical demand of the national grid. The BESS batteries are charged during the off-peak hours of the mining operations and discharged, or delivered to the mining unit's grid, during the period of maximum demand of the interconnected system (on-peak hours). For the discharge of the energy stored in the batteries, a software predictor of the maximum daily demand of the SEIN is used, which indicates the hourly range of operation of the batteries, thus reducing electricity consumption peaks of the operations in that range. At the end of each month, Poderosa's electricity supplier bills, among other charges, the consumed or coincident power, which decreases due to the operation of the BESS, resulting in savings in the monthly electricity bill. The application of the BESS is known as Peak Shaving, also known as shaving during peak hours of the SEIN. dad minera, en el periodo de máxima demanda del sistema interconectado (dentro de las horas punta). Para la descarga de la energía almacenada en las baterías, se emplea un software predictor de la máxima demanda diaria del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN) que indica el rango horario de operación de las baterías, con lo que se recorta los picos de consumo eléctrico de las operaciones en dicho rango. Al final de cada mes, el suministrador de electricidad de Compañía Minera Poderosa factura, entre otros cargos, la potencia consumida o coincidente, la cual disminuye por la operación del BESS, obteniéndose un ahorro en la facturación mensual de electricidad. Esta aplicación es denominada Peak Shaving o, conocida también, como recorte de picos de máxima demanda en horas punta del SEIN. Introducción Antecedentes En el 2021, Compañía Minera Poderosa actualizó su plan estratégico y estableció la iniciativa de realizar una transición a energías limpias
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 12 como parte de la estrategia de defender la continuidad del negocio. Asimismo, la alta dirección, estableció la meta de llegar a cero emisiones de GEI al 2030 en el alcance 01 y 02 (compra y autogeneración de electricidad), y llegar a ser carbono cero al 2050 incorporando el alcance 03 (huella de carbono de los proveedores). La empresa está conectada al SEIN a través de una red de distribución de Hidrandina que no cuenta con suficiente capacidad de potencia y energía, lo que la obliga a autogenerar la diferencia con una pequeña hidroeléctrica y con grupos termoeléctricos con diésel. El precio de la energía que Compañía Minera Poderosa había pactado en contrato de compra de electricidad de la red era de 35 US$/MWh que representa el 49% de la factura, cuyo precio final era de 71 US$/MWh en 2022. El Peaje del Sistema Principal de Transmisión (SPT) junto con la potencia que pagaba la compañía en su factura de compra de electricidad representaba el 25% de la factura final. El proyecto nace por la necesidad de disminuir los altos costos de la energía eléctrica suministrada por Hidrandina, debido al cobro de la potencia coincidente del sistema eléctrico de Compañía Minera Poderosa con la máxima demanda del sistema interconectado nacional, además de los altos costos de generación con energía termoeléctrica, y la necesidad de disminuir las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI). Problema por resolver El principal problema por resolver era el alto costo de electricidad en el sistema eléctrico de Compañía Minera Poderosa, destacando el elevado consumo termoeléctrico que conlleva mayores emisiones de GEI. A continuación, se describe la problemática: Altos costos de energía del SEIN: Los costos asociados a potencia coincidente Figura 2. Componentes de la tarifa eléctrica de Compañía Minera Poderosa. Tabla 1. Puntaje de los Criterios de Selección de la Mejor Alternativa Matriz de decisiones para tecnologias de almacenamiento Descripción de los criterios BESS Pumped Hydro Grupos electrógenos Calidad Mejora en la tensión y regulación de potencia 5 5 3 Tiempo de implementación Menor tiempo de ejecución 5 4 5 Capex + Opex por MWh Menor costo 5 4 1 Seguridad Mayor confiabilidad 5 5 3 Permisos Menor tiempo en permisos 5 3 4 Medio ambiente Menor impacto ambiental 4 5 1 Total 29 26 17 Puntaje mínimo: 01 Puntaje máximo: 05
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MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 14 con la máxima demanda del sistema representaban un 25% de la compra de electricidad a la red (Hidrandina). La facturación anual de Hidrandina en 2023 fue de US$ 6.3 MM. Altos costos de generación de energía termoeléctrica: La generación termoeléctrica se ha venido incrementando, debido a la capacidad limitada de la red proveniente de Hidrandina y a la creciente demanda de energía eléctrica de la operación minera con un crecimiento de 11% anual en los últimos 20 años; esto sumado a los altos costos del petróleo (350 US$/ MWh), conlleva al incremento de los costos de energía eléctrica. En el 2023, los costos de energía termoeléctrica fueron de US$ 5.9 MM. En medio ambiente: Se requería reducir las emisiones de GEI con un menor uso de petróleo para generación termoeléctrica. En el 2022, las emisiones térmicas en Compañía Minera Poderosa fueron: 2,014 TonC02e/MWh. Se requería ir migrando a energías limpias (objetivo del plan estratégico). En seguridad de suministro: A fin de satisfacer la demanda creciente de energía eléctrica y la caída de voltaje se tenía que encender grupos electrógenos a diésel de manera diaria. El tiempo que toma el encendido de los grupos térmicos es aproximadamente 10 minutos. Lo cual genera tiempos improductivos en las operaciones por la paralización de equipos críticos (ventilación en interior mina). Objetivos Objetivo general Reducir costos de energía eléctrica, asociados a la potencia coincidente con el SEIN en la factura de Hidrandina y a la generación de energía termoeléctrica con un sistema de almacenamiento de electricidad. Además, contar con una fuente de electricidad que actúe de forma inmediata en conjunto con la generación térmica en caso de contingencias. Objetivos específicos Reducir los costos asociados a la potencia coincidente en 14% de la facturación en US$ 816,000. Reducir los costos de generación térmica en US$ 650,000 por año. Reducir la emisión de GEI en 400 ton CO 2 por año Contar con una fuente de abastecimiento de energía eléctrica adicional entre 06 y 10 MWh/día en caso de contingencias. Alcance Encontrar una solución de almacenamiento de electricidad barata para las operaciones de Compañía Minera Poderosa. Figura 3. Forma de operación para Peak Shaving. Figura 4. Demanda diaria con las fuentes de abastecimiento 2023.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 15 La solución deberá adecuarse a las instalaciones eléctricas existentes y el área disponible para el emplazamiento del proyecto. El proyecto debe ser viable en los aspectos técnico, económico y ambiental. Marco teórico y método de solución Peak Shaving Se define como Peak Shaving o reducción de picos de potencia, a la aplicación en la que el consumidor almacena electricidad en periodos de baja demanda en horarios fuera de punta y luego inyecta la electricidad almacenada para atender su consumo en horarios de máxima demanda del SEIN, dentro de las horas punta (periodo entre las 17.00 y las 23:00 horas). De esta manera se reduce la lectura de potencia registrada en el medidor de la red en dicho periodo y, con ello, se baja los costos por potencia coincidente en la facturación del distribuidor de electricidad y en el peaje principal. Selección de la alternativa de solución Dentro de los diferentes sistemas de almacenamiento de electricidad existentes y por cantidad de energía a almacenar requerida en MWh, se empleó como herramienta una matriz de decisiones en la cual se analizaron tres alternativas de solución que fueron las siguientes: Un BESS, un sistema Pumped Hydro y grupos térmicos a gas natural. Para la selección de la mejor alternativa se emplearon los siguientes criterios de selección: calidad, tiempo de implementación, menor LCOE, seguridad, permisos y medio ambiente. Se asignaron puntajes y se obtuvo el resultado que se presenta en la Tabla 1. De esta manera, resultó ganadora la alternativa del BESS por obtener el mayor puntaje en los criterios evaluados. Recopilación de la información Se realizó un benchmarking con el fin de conocer la tecnología en sistemas de almacenamiento con baterías y analizar su uso en el sector industrial minero, con las siguientes visitas: Visita técnica a la central térmica Ventanilla (Perú) en la que implementó un BESS de 14.6 MW para la aplicación de regulación de frecuencia en octubre de 2021. Visita técnica al Congreso Intersolar en Múnich (Alemania) en junio de 2021, en el cual se tomó conocimiento de las últimas tecnologías y proveedores especializados en almacenamiento, se visitó un BESS y campo solar fotovoltaico en la ciudad de Núremberg. Tabla 2. Alternativa con 1 Hora de Autonomía Potencia MW 1.0 2.0 3.0 4.0 Energía MWh 1.0 2.0 3.0 4.0 VAN MMUSD 0.25 0.49 0.75 0.99 TIR % 21.52% 21.54% 21.70% 21.66% PayBack años 3.658 3.632 3.623 3.619 B/C - 1.350 1.351 1.357 1.354 Tabla 3. Alternativa con 2 Horas de Autonomía Potencia MW 1.0 2.0 3.0 4.0 Energía MWh 2.0 4.0 6.0 8.0 VAN MMUSD 0.09 0.19 0.29 0.36 TIR % 14.3% 14.3% 14.4% 14.2% PayBack años 3.715 3.701 3.696 3.712 B/C - 1.067 1.067 1.070 1.064 Figura 5. Energía excedente del SEIN para carga del BESS.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 16 Se investigó en la página web de empresas líderes del mercado mundial en almacenamiento de energía para uso industrial pesado. Cálculo de la capacidad de almacenamiento Datos históricos Se tomó la información histórica de Compañía Minera Poderosa, específicamente el perfil de carga horario de los registros de medición de los años 2019 al 2021, y se proyectó el diagrama de carga al 2023. Con esta información se preparó una data excel de “Datos históricos”, la cual contiene información de: a) energía eléctrica consumida, b) máxima demanda en horas punta, y c) demanda coincidente con el SEIN. Se revisó la información de las facturas emitidas por el suministrador de electricidad (Hidrandina) para determinar los costos por potencia coincidente. Proyección de demanda Se realizó una proyección mensual del despacho de las diferentes fuentes de electricidad en un horizonte de 10 años entre enero de 2022 y diciembre de 2031. Esto se realizó en base al histórico del suministro eléctrico de la empresa, por medio de sus fuentes de electricidad y en base a la demanda proyectada de acuerdo con el crecimiento de las operaciones mineras. Perfil de carga diario En base a la simulación de despacho, se elaboró un diagrama de carga típico diario a partir de la puesta en operación del BESS (año 2023) con el fin de visualizar los periodos de carga y descarga y, en general, el modo de operación del proyecto. Dimensionamiento del BESS Se evaluó el dimensionamiento adecuado para el nuevo sistema de almacenamiento de electricidad con baterías de litio de la siguiente forma: Definición del costo de la energía de las diferentes fuentes para el diagrama de carga típico (escenario sin proyecto). Para este escenario se calculó los siguientes costos y se obtuvo el costo total de la energía: Costo de energía termoeléctrica. Costo de energía de la red (costo por potencia coincidente del SEIN). Costo de energía de CH tingo. Definición del costo de la energía de las diferentes fuentes considerando alternativas de tamaño del BESS con 1 hora, 2 horas y 3 horas de autonomía (escenario con proyecto), combinaciones de potencia (entre 1MW y 4MW) y Energía (entre 1MWh y 12 MWh). para este escenario se calculó los siguientes costos y se obtuvo el costo total de la energía: Costo de energía termoeléctrica, la cual disminuye por efecto de la operación del BESS. Tabla 4. Alternativa con 3 Horas de Autonomía Potencia MW 1.0 2.0 3.0 4.0 Energía MWh 3.0 6.0 9.0 12.0 VAN MMUSD -0.06 -0.12 -0.18 -0.33 TIR % 10.94% 10.95% 10.90% 10.50% PayBack años 3.735 3.726 3.735 3.779 B/C - 0.972 0.972 0.971 0.960 Figura 6. Proyecto implementado.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 17 Costo de energía de la red, se calcula como la suma del costo de la energía consumida más el costo por la potencia coincidente consumida. Con la aplicación del BESS disminuyó la potencia coincidente, por lo tanto, disminuyeron los cargos por potencia y la facturación de compra a la red. Costo de energía de CH tingo. Se realizaron evaluaciones económicas en las diferentes combinaciones de tamaño del proyecto, comparándolo con el escenario “sin proyecto”. Las diferentes combinaciones de alternativas económicas se llevaron a una tabulación de resultados con el propósito de definir el tamaño óptimo o el más conveniente. Aquí se incluyó para cada combinación los indicadores económicos de VAN, TIR, Payback y B/C, asociados a cada tamaño de la solución. De las alternativas analizadas se eligió el tamaño de 4MW/8MWh por ser la de mayor VAN y TIR y por ajustarse a la disponibilidad de área para el emplazamiento del proyecto. Si bien la opción de una hora de autonomía arroja valores positivos en la evaluación, se descartó ya que no permitía el reemplazo de energía termoeléctrica y reducía el porcentaje de acierto de la máxima demanda coincidente al tener un menor tiempo de operación. La alternativa con 3 horas de autonomía dio valores negativos en VAN, por lo cual se descartó. Método de solución Se empleó la metodología del ciclo Planificar, Hacer, Verificar y Actuar (PHVA) como estrategia interactiva de resolución de problemas para mejorar procesos e implementar cambios. El ciclo PHVA es un método que busca mejorar los procesos con iteraciones. Al seguir este ciclo, los equipos desarrollan hipótesis, ponen a prueba las ideas y las mejoran.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 18 Fase 1: Planear Se identificó la problemática: altos costos de energía de la red (cargos por potencia) y generación termoeléctrica en horas punta. Se realizó el análisis técnico y dimensionamiento para la solución del BESS. Se evaluó costos, tiempos, riesgos y rentabilidad. Se emitió un informe con la viabilidad del proyecto para la aprobación de la alta Gerencia. Se desarrolló un cronograma integral del proyecto para el seguimiento. Fase 2: Hacer Se licitó un EPC para implementar el proyecto. Resultando ganador el epecista Novum Solar con equipos BESS de la marca Huawei. Se contrató una supervisión especializada (ATA Storage de España) y contratistas locales para obras civiles. Se ejecutó el proyecto de acuerdo con la ingeniería desarrollada y con altos estándares de calidad y seguridad. Fase 3: Verificar Se realizó el proceso de puesta en marcha. El usuario final verificó el cumplimiento del alcance. El sistema ingresó en operación el 10/10/23 y se realizó la inauguración en presencial de la Gerencia general y líderes de procesos de la unidad minera. Se acertó la primera máxima demanda coincidente del sistema el 17/10/23 a las 19:00 horas. Fase 4: Actuar Se monitorea el funcionamiento del Peak Shaving cuantificando el ahorro, desde el sistema Scada o desde la plataforma ELUM. Se creó un estándar de uso de almacenamiento de energía en la unidad. Se viene entrenando al personal para la aplicación de nuevas funciones del BESS. Figura 7. Inauguración del proyecto. Figura 8. Monitoreo de operación del sistema desde la plataforma ELUM.
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MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 20 Criterios de la innovación tecnológica La innovación tecnológica seleccionada, tuvo los siguientes criterios: Originalidad Compañía Minera Poderosa se ha constituido en la primera empresa del sector en Latinoamérica que ha implementado un BESS para uso de Peak Shaving y otras aplicaciones, superando condiciones geográficas y climáticas adversas, y que ahora se está convirtiendo en una mejor práctica innovadora del negocio minero energético. La solución nos ratifica como empresa responsable que apuesta por la tecnología, innovación y sostenibilidad. Bajo costo Los equipos instalados (baterías, inversores, transformadores, EMS, etc.) tuvieron un menor costo respecto a las alternativas evaluadas, y un menor tiempo en el retorno de la inversión como solución creativa. Alto impacto La solución encontrada tuvo una repercusión de alto impacto en la organización y en el sector minero energético, incidiendo en la menor facturación de compra de electricidad a la red y aportando mayor seguridad y confiabilidad al suministro eléctrico para la operación. Asimismo, la solución está alineada al objetivo estratégico de la organización de reducir la huella de carbono a cero emisiones de GEI de alcance 01 y 02 al 2030. Solución implementada Las baterías del BESS se cargan en las horas de menor demanda eléctrica de las operaciones mineras dentro de las horas fuera de punta y, se descargan o entregan energía a la red de la unidad minera, en el período de máxima demanda del sistema interconectado (dentro de las horas punta). Para la descarga de la energía almacenada en las baterías, se emplea un software predictor de la máxima demanda diaria del SEIN (Tesla Forecasting), que indica el rango horario de operación de las baterías, con lo que se recorta los picos de consumo eléctrico de las operaciones en el referido rango. El BESS está conformado por cuatro contenedores de baterías de litio de 8 MWh en total, 20 inversores de 4 MW en total, dos transformadores de potencia de 5 MVA en total, un EMS y un software predictor de Figura 9. Contenedor de baterías (4 unidades). Figura 10. Tableros de DC (5 unidades).
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 21 máxima demanda eléctrica de la red nacional, este equipamiento se describe a continuación: Cuatro contenedores de 20 pies con baterías de ion de litio de 2 MWh de capacidad de almacenamiento cada uno, con grado de protección IP55. Cuatro tableros DC de 9 entradas, 5 salidas, de 1200 Vdc. 20 inversores bidireccionales de 200kVA, obteniéndose en conjunto 4,000 kVA, con grado de protección IP 66, tensión de salida 0.8 kV. El inversor seleccionado para la conversión de energía de DC a AC es el LUNA2000-200KTL-H0 de Huawei. Dos centros de transformación 2.5 kVA c/u (CT-01, y CT-02). El CT-01 se encarga de elevar la tensión de salida de los inversores de 800V al nivel de tensión de 25kV, y cuenta con una celda de salida y de llegada que se conecta al CT-02, que se encarga de elevar la tensión de salida de los inversores de 800V al nivel de tensión de 25kV, y se conecta a la celda existente de la SE La Morena. Verificación de la solución Desde la puesta en operación del proyecto que ocurrió el 10 de octubre de 2023 se verificó la solución implementada lográndose la reducción del pago por potencia y peaje de electricidad en el orden de 10 US$/MWh mensual que representa un ahorro de US$ 816,000 anuales por Peak Shaving como se aprecia en la Figura 14. Beneficios del proyecto Económicos El proyecto permite un ahorro en la facturación mensual de Hidrandina en un 14%, que representa US$ 816,000 anuales, y una reducción del consumo de energía termoeléctrica en horas punta, que representa un ahorro anual adicional de US$ 646,400 anuales. Se obtuvieron los siguientes indicadores económicos: VAN: US$ 1.23 MM, TIR: US$ 19.3%, Payback: 5.5 años. La inversión del proyecto fue de US$ 5.5 MM y el tiempo de evaluación es de 16 años (vida útil de las baterías). Ambientales Se logró la disminución de la generación de GEI, debido al menor consumo de diésel, lo que equivale a 1,460 MWh-año de energía termoeléctrica y su equivalente 389.5 Ton de CO2 por año. Figura 11. Inversores (20 unidades). Figura 12. Centros de transformación (2 unidades).
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 22 Confiabilidad Se cuenta con una fuente de almacenamiento de electricidad del orden de 4MW de potencia y 8 MWh de energía, incrementando en un 40% la potencia de reserva de electricidad para casos de contingencia. Retos del proyecto Los seis retos que afrontó el proyecto fueron los siguientes: a) El traslado de los equipos por 900 km desde el puerto del Callao (Provincia Constitucional del Callao) hasta la SE La Morena, en Pataz (La Libertad), a una altura de 1,900 msnm, cruzando la cordillera de los Andes y el río Marañón. b) Por la dimensión de 20 pies de cada contenedor de baterías con un peso de 33 toneladas c/u, se encontraron dificultades en el tramo Huamachuco-Pataz de 146 km, que presentaba anchos mínimos de carretera de 3.50 m, por lo que se tuvo que realizar voladuras de talud, muros de contención y ampliaciones con maquinaria, en algunas zonas, además del refuerzo de puentes. c) Se tuvo que estabilizar el talud colindante del BESS con un sistema novedoso de Soil Nailing (pernos de anclaje con inyección de lechada y malla de alta resistencia) a través de una empresa especializada y materiales de importación. d) Se realizó el montaje de equipos en un área reducida: no se pudo utilizar grúas para el montaje de los contenedores de baterías y centros de transformación, por ello se tuvo que montar mediante gatas hidráulicas, Tirfor y tortugas. e) Dada la alta especialización técnica del proyecto, se acudió a una supervisión extranjera, como Ata Storage que estuvo en campo de Figura 13. Diagrama de operación del BESS.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 23 manera permanente durante la etapa de conexionado y puesta en marcha. f) Se desarrolló la ingeniería en paralelo con la construcción llevada a cabo de forma satisfactoria por Novum Solar, mediante un fast track, que ameritó una coordinación muy detallada con todos los actores. Conclusiones 1. El almacenamiento de energía eléctrica en grandes cantidades era impensado años atrás. Estaba limitado a cantidades pequeñas y con tecnología de plomo ácido de alto costo y contaminación. 2. Hoy con los avances tecnológicos, el almacenamiento de electricidad en grandes cantidades ya es posible gracias a las baterías de ion litio que han ido reduciendo sus costos en los últimos años con alta seguridad en su uso y cuidado del medio ambiente. 3. Con el proyecto BESS La Morena, implementado por el área de Proyectos Energéticos de Compañía Minera Poderosa, se viene obteniendo una disminución de los cargos por potencia coincidente en la facturación de Hidrandina en un 14%, logrando un ahorro anual de US$ 816,000 y una reducción del consumo de energía termoeléctrica en horas punta que representa un ahorro anual adicional de US$ 646,400 anuales. 4. El proyecto BESS permite a las operaciones mineras tener una fuente de energía adicional de acción inmediata en caso de un corte intempestivo de la energía proveniente de la red nacional, logrando así reponer el suministro eléctrico de manera más segura y rápida en conjunto con los grupos termoeléctricos. Figura 14. Facturación total luego de la implementación del proyecto. Figura 15. Con el premio al primer puesto en proyectos de Innovación y Tecnología del Conamin 2024.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 24 5. El proyecto significó una inversión de US$ 5.5 MM y un periodo de evaluación de 16 años (vida útil de las baterías), obteniendo como beneficios económicos un VAN de US$ 1.23 MM, un TIR de 19.3% y un Payback de 5.5 años con un B/C de 1.3. 6. Se redujo en 1,460 MWh el consumo anual de energía termoeléctrica, lo que representa 389.5 Ton CO2 al año de menores emisiones de GEI. 7. El proyecto ha permitido la capacitación del personal en la operación del BESS, adquiriendo nuevos conocimientos en Inteligencia Artificial, mejorando de este modo sus aptitudes para el uso de nuevas tecnologías. 8. Con el proyecto BESS, Compañía Minera Poderosa se convirtió en la primera empresa minera del país en apostar por esta tecnología para su aplicación con Peak Shaving y ahorro de energía termoeléctrica, lo que representa un hito en el sector minero-energético en el país y Latinoamérica, además que la iniciativa está alineada a las políticas y objetivos de sostenibilidad de la empresa. Premios y distinciones obtenidas Desde octubre de 2023 que ingresó en operación, el proyecto BESS La Morena ha obtenido las distinciones que figuran en la Tabla 5. Bibliografía Banco Interamericano de Desarrollo. Evolución futura de costos de las energías renovables y almacenamiento en América Latina. (diciembre 2019) https://publications.iadb. org/es/evolucion-futura-de-costos-de-las-energias-renovables-y-almacenamiento-en-america-latina Huawei, Solución de almacenamiento de energía con baterías, https://solar.huawei.com/ es/professionals/ess Martins, J. 2022. Ciclo Planificar-Hacer-Verificar-Actuar (PHVA) https://asana.com/es/ resources/pdca-cycle Ministerio de Energía y Minas, Factores de emisiones nacionales asociados con el consumo de electricidad del sistema eléctrico interconectado nacional, https://namasenergia.minem. gob.pe/Content/fileman/Uploads/eficienciaenergetica/menueficiencia/Factores%20 de%20emisi%C3%B3n%20nacionales%20 por%20consumos%20de%20electricidad.pdf NREL, U.S. Solar Photovoltaic System and Energy Storage Cost Benchmarks (2021) https:// www.nrel.gov/docs/fy22osti/80694.pdf Novum Solar, Solución sistema de almacenamiento BESS, https://novumsolar.com/ casos-de-exito/sistema-de-almacenamiento-bess-la-morena-compania-minera-poderosa/ R4Mining, Minería para renovables, https://renewables4mining.com/category/mineria-para-energias-renovables/ Tesla Forecasting Solutions, portal diseñado para ver e interactuar con los pronósticos de máxima demanda del SEIN, https://teslaforecast. us/TESLAWeb/en UNSA, Evaluación Financiera de proyectos de inversión métodos y aplicaciones, https:// www.upsa.edu.bo/images/libro_evaluacion-financiera-de-proyectos-de-inversion.pdf Premio o reconocimiento Institución Fecha 1 Primer puesto en proyectos de Mejora Continua con Minero de Oro en la categoría de Procesos Estratégicos y de Soporte. Compañía Minera Poderosa Noviembre de 2023 2 Reconocimiento al Ing. José Estela Ramírez como Impulsor de la Transición Energética en el país. Asociación de Productores de Tecnología Renovable Diciembre de 2023 3 Mejor trabajo de investigación en Innovación y Tecnología de 72 proyectos a nivel nacional. Conamin 2024 Junio de 2024 4 Primer puesto en reconocimiento a Prácticas de Excelencia Sociedad Nacional de Industrias Agosto de 2024 Tabla 5. Premios y Distinciones Obtenidas
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MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 26 Microencapsulación de Acidithiobacillus thiooxidans para su uso en proceso de biolixiviación/ biooxidación de minerales Innovación Por: Anakaren López Martínez, Instituto Tecnológico de Durango; Luis Medina Torres, Universidad Nacional Autónoma, y Diola Nuñez Ramírez, Universidad Juárez del Estado de Durango, México. Resumen Los procesos biotecnológicos como la biolixiviación, son una alternativa apropiada para resolver cuestiones críticas que afectan al mundo en desarrollo, por esta razón, se deben buscar estrategias para la manipulación de los microorganimos, de tal manera que su aplicación en la industria sea sencilla y económica. En este sentido, el aporte científico de esta investigación, es encapsular bacterias acidófilas con capacidad lixiviante, estableciendo las condiciones favorables en el proceso de secado por aspersión, así como determinar el material de pared óptimo y asegurar la viabilidad de los microorganismos. En este contexto, la bacteria acidófila Acidithiobacillus thiooxidans (A.t) es potencialmente capaz de lixiviar minerales sulfurados complejos y de baja ley, por lo que ha sido aplicada en procesos biohidrometalúrgicos. El 20% de cobre en la producción mundial se lleva a cabo utilizando esta tecnología. Sin embargo, aún existe cierta desconfianza en la industria metalúrgica, debido a la integridad celular, actividades metabólicas, estabilidad genética, y mantener una continua generación de cultivos microbianos y al tiempo prolongado del proceso de biolixiviación. Una alternativa promisoria para facilitar el proceso de manipulación y conservación de este tipo de microorganismos es el proceso de microencapsulación. En este trabajo, se utilizó un proceso de secado por pulverización (SD) para encapsular Acidithiobacillus thiooxidans, utilizando diferentes biopolímeros como materiales de pared. Los resultados fueron sobresalientes en comparación con otros procesos que encapsulan otro tipo de microorganismos, con otros fines.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 27 Abstract Biotechnological processes such as bioleaching are an appropriate alternative to solve critical issues affecting the developing world, for this reason, strategies must be sought for the manipulation of microorganisms, so that their application in industry is simple and economical. In this sense, the scientific contribution of this research is to encapsulate acidophilic bacteria with leaching capacity, establishing favorable conditions in the spray drying process, as well as determining the optimal wall material and ensuring the viability of microorganisms. In this context, the acidophilic bacterium acidithiobacillus thiooxidans (A.t) is potentially capable of leaching complex and low grade sulfide ores and has been applied in biohydrometallurgical processes. 20% of the world's copper production is carried out using this technology. However, there is still some distrust in the metallurgical industry, due to the cellular integrity, metabolic activities, genetic stability, and maintaining a continuous generation of microbial cultures and the prolonged time of the bioleaching process. A promising alternative to facilitate the handling and preservation process of this type of microorganisms is the microencapsulation process. In this work, a spray drying (SD) process was used to encapsulate acidithiobacillus thiooxidans, using different biopolymers as wall materials. The results were outstanding in comparison with other processes that encapsulate other types of microorganisms for other purposes. Among the results, we can summarize that the physicochemical properties of the microcapsules (powders) show a water activity (aw) of less than 0.55, a humidity of less than 10%, which ensures good stability of the powders during storage. The morphology by scanning electron microscopy (SEM) of spherical microparticles showing defined non-collapsed surfaces of uniform size, which in principle implies a mechanical stability to the flow of these microparticles. The calorimetric analysis shows that A. thiooxidans is encapsulated, since the exothermic peak that appears at 270 ºC corresponds to a crystallization of the exopolysaccharide (EPS) characteristic of this microorganism. In addition, by FT-IR the same response of the functional groups present in the biopolymers was observed after spray drying (SA), which is an indication of the encapsulation of the microorganism, this was corroborated by transmission electron microscopy (TEM). Finally, a high bacterial survival rate (1.4x10 9 Cells/mL) and a leaching capacity of 95% were achieved. It should also be noted that the bacteria remain viable after more than two years of encapsulation, which guarantees their long-term storage and availability for use in various biohydrometallurgical processes.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 28 Dentro de los resultados, podemos resumir que las propiedades físico-químicas de las microcápsulas (polvos) muestran una actividad de agua (aw) menor a 0.55, una humedad menor del 10%, lo que asegura una buena estabilidad de los polvos durante el almacenamiento. La morfología mediante microscopia electrónica de barrido (MEB) de las micropartículas esféricas que presentan superficies definidas sin colapsar, de tamaño uniforme, lo que en principio supone una estabilidad mecánica al flujo de estas micropartículas. El análisis por calorimetría evidencia que A. thiooxidans es encapsulado, ya que el pico exotérmico que aparece a los 270 °C corresponde a una cristalización del exopolisacárido (EPS) propio de este microrganismo. Además, mediante FT-IR se observó la misma respuesta de los grupos funcionales presentes en los biopolímeros después del secado por aspersión (SA), lo cual es un indicio del encapsulamiento del microrganismo, esto se corroboró mediante microscopia de transmisión electrónica (MTE). Finalmente, se logró comprobar una tasa alta de supervivencia de las bacterias (1.4x10 9 Cel/mL) y una capacidad lixiviante del 95%. Asimismo, cabe destacar que las bacterias permanecen viables después de más de dos años de encapsuladas, lo que garantiza su almacenamiento y disponibilidad por tiempos prolongados para su uso en diversos procesos biohidrometalúrgicos. Introducción Los microorganismos han desempeñado el papel principal para la solubilización de metales en los procesos de biolixiviación y biooxiFigura 1. Aplicaciones de bacterias acidófilas como A.thiooxidans, en diversos sectores principalmente orientados a actividades mineras (creado con BioRender.com).
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MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 30 dación de minerales. La biolixiviación está relacionada con la solubilización de metales básicos como Zn, Cu y Ni (Miranda Arroyave et al., 2019), por lo tanto, estos valores metálicos están presentes en la fase acuosa, y son susceptibles de recuperación mediante procesos auxiliares como electro-obtención. La biooxidación es la concentración de metales preciosos, como oro y plata, que están ocluidos en minerales sulfurados, es decir, estos metales permanecen insolubles y concentrados en los sólidos hasta que se aplica un lixiviante adecuado (normalmente cianuro), mientras que la solución que contiene impurezas solubles se descarta (Nkuna et al., 2022; Rouchalova et al., 2020). En este sentido, la bacteria Acidithiobacillus thiooxidans ha despertado un gran interés en los procesos biohidrometalúrgicos (Figura 1), debido a la capacidad de lixiviar minerales sulfurados (Yang et al., 2019). Este microorganismos es aeróbico, extremadamente acidófilo, quimiolitoautótrofo (requiere compuestos inorgánicos para su crecimiento), es bien conocido por su rápida oxidación del azufre, es mesófilo, por lo tanto, crece a temperaturas entre 20 a 30 °C (Rivas- Castillo et al., 2022).Para la obtención de energía y reproducción, A. thiooxidans requiere oxidar minerales sulfurados como pirita(FeS2), covellina (CuS), calcopirita (CuFeS2), esfalerita (ZnS) y azufre elemental S0, donde se producen especies intermedias de azufre durante las reacciones de oxidación (S0, S 203 2−, S406 2−), estos compuestos inorgánicos de azufre pueden actuar como donantes de electrones y participan en el metabolismo microbiano, donde el producto final de la oxidación del azufre es el ácido sulfúrico (H2S04), reduciendo el pH del medio microbiano a 1.5 e incluso más bajo (Camacho et al., 2020; Vera et al., 2022; Wang et al., 2019). Por consiguiente, se produce una intensa producción de (H2S04), que conduce a una rápida descomposición del mineral para que los compuestos metálicos solubles en ácido puedan pasar a solución. Figura 2. Metodología general de la microencapsulación y caracterización de A. thiooxidans.
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 31 En la actualidad, la biolixiviación representa aproximadamente el 20% del cobre extraído en el mundo, y se utiliza en aproximadamente 20 minas, siendo los principales productores Chile, China, Perú y EE.UU. Por otro lado, en la recuperación de oro utilizando el proceso de biooxidación, existen alrededor de 17 minas en el mundo en donde los principales países productores son China, Rusia, Australia y EE.UU. (Roberto & Schippers, 2022; Yin et al., 2018). A pesar del impacto positivo que el proceso biotecnológico tiene alrededor del mundo, aún prevalece cierto escepticismo en la industria metalúrgica, esto debido a la manipulación microbiana, en donde surgen problemas relacionados con la integridad celular, actividades metabólicas, estabilidad genética, mantener una continua generación de cultivos microbianos, alta demanda de agua y tiempos prolongados en el proceso de biolixiviación. Es por ello, que urgen innovaciones que sean aplicables, sencillas y económicamente factibles para la industria minera. Una alternativa promisoria para facilitar el proceso de manipulación de este tipo de microorganismos es el proceso de microencapsulación, el cual consiste en envolver las bacterias A. thiooxidans (principio activo) un material de pared o agente encapsulante, con el fin de obtener pequeñas cápsulas de tamaño micrométrico que, bajo condiciones específicas, pueden liberar su contenido a un ritmo controlado (Núñez-Ramírez et al., 2021). El secado por aspersión (SA) es el proceso más ampliamente utilizado para microencapsular principios activos, utilizado en las industrias alimentaria, farmacéutica y agrícola. Esto se debe en gran medida a su bajo costo, la buena estabilidad del producto final, y la eficacia relativamente alta de la encapsulación. El SA consiste principalmente en alimentar una mezcla líquida homogénea (emulsión) entre los microorganismos y el agente encapsulante al secador, donde la emulsión pasa a través de un atomizador que se encuentra en el interior de la cámara de secado, entra en contacto con el aire caliente en la cámara de secado a condiciones preestablecidas, por lo tanto, se evapora el agua contenida en la emulsión, obteniendo como producto final microcápsulas (polvos). Los materiales de pared candidatos que poseen una alta eficacia para encapsular principios activos son los biopolímeros, como la goma arábiga, gelatina, maltodextrina, alginatos, carboximetilcelulosa, goma guar, etc., (Gharsallaoui et al., 2007; Hanidah et al., 2021; Medina-Torres et al., 2019). Por todo lo anterior, en este trabajo se estudia la microencapsulación de la bacteria A.t utilizado hidrocoloides como material de pared mediante el proceso de secado por aspersión (SA) a condiciones previamente definidas, para su posible aplicación en la industria minera. Objetivos Establecer un proceso óptimo de microencapsulación de Acidithiobacillus thiooxidans, empleando biopolímeros como material de pared mediante secado por aspersión, para su aplicación en procesos de biolixiviación. Estudiar las propiedades estructurales de las microcápsulas formadas con biopolímeros cargadas con Acidithiobacillus thiooxidans. Evaluar las propiedades lixiviantes de los microorganismos encapsulados con respecto al sistema de biolixiviación convencional. Desarrollo y colección de datos Materiales En los reactivos utilizados para preparar las Tabla 1. Determinaciones Analíticas y Rendimiento de Polvos
MINERÍA la mejor puerta de acceso al sector minero MINERÍA / NOVIEMBRE 2024 / EDICIÓN 566 32 microcápsulas se emplearon diversos polímeros grado comercial de bajo costo. Mientras que la cepa que se incorporó en las microcápsulas fue A. thiooxidans ATCC# 19377 (American Type Culture Collection). La metodología del estudio se divide en tres etapas descritas en la Figura 2. Reproducción y microencapsulación de A. thiooxidans Cultivo de A. thiooxidans La propagación de la bacteria A. thiooxidans se llevó a cabo en un biorreactor (BioFlow/CelliGen 115, New Brunswick); medio de cultivo 9K con 10% de azufre (p/v), temperatura 30°C, 400 rpm y pH 1 durante 12 días. La evolución del crecimiento de las bacterias se determinó por método directo, es decir, cuenta de células por medio de cámara de Neubauer. Preparación de mezclas Fueron formulados cuatro tratamientos, en base a diversos polímeros de encapasulamiento. La emulsión del biopolímero y A. thiooxidans fue realizada en parrilla eléctrica con agitador magnético. La microencapsulación se llevó a cabo mediante Secado por Aspersión en un secador a escala piloto (Changzhou Yibu Drying Equipment Factory, Jiangsu, China) a condiciones preestablecidas. Propiedades fisicoquímicas Actividad de agua, humedad, pH y rendimiento de polvos Se utilizó el quipo Aqualab para determinar la aw, para la humedad se siguió la técnica de deshidratación, con un potenciómetro se obtuvo el pH y, por último, fue calculado el rendimiento de polvo. Distribución de tamaño de partícula El tamaño de partícula de los polvos se cuantificó en un analizador de tamaño de partícula Mastersizer 3000 (Malvern Instrument Ldt, UK) mediante difracción de rayo láser (tomando en cuenta el índice de refracción de la muestra y agua, y absorbancia de 0.1) Propiedades estructurales Morfología de los polvos secados por aspersión La morfología de los polvos se evalúo utilizando un microscopio electrónico de barrido JSM5900LV (JEOL Ltd, USA). El microscopio se operó a 20 kV a cuatro niveles de aumento: 500X, 1000X y 2000X en modo de electrones secundarios. Mediante TEM se observó la profundidad al interior de las microcápsulas para identificar los espacios ocupados por la presencia de A. thioxidans. Perfiles de liberación Para la liberación del microorganismo de las microcápsulas, fue necesario suspender 1 gr de polvo en 100 ml de agua destilada, se realizó una curva de liberación de 24 horas haciendo un conteo directo de bacterias en microscopio óptico con cámara de Neubauer cada 4 horas. Estudios calorimétricos y FT-IR La temperatura de transición vítrea (Tg) de las cápsulas se estimó mediante calorimetría diferencial de barrido, DSC (Mettler Toledo). Se registraron los eventos térmicos en un rango de temperatura de 0 a 200 °C con una rampa de 10 °C/min en una atmósfera de nitrógeno. Para el FT-IR se utilizó el equipo FT-IR Tensor 27 (Bruker CO. Massachusetts, USA). El rango de frecuencia usado fue de 400 a 4000 cm-1 con una resolución de 4 cm-1. Se mezclaron aproFigura 3. Distribución de tamaño de partícula de los polvos obtenidos mediante SA.
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