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El ventilador principal de ventilación suele considerarse los "pulmones" de una mina subterránea, y su funcionamiento continuo y estable está directamente vinculado a la seguridad del personal subterráneo.
En una mina de carbón en Shandong, China, se ha desplegado el VFD de alto rendimiento FD300 de control vectorial de FGI para accionar el sistema principal de ventilación. La solución permite el control sincronizado de la velocidad de los dos motores en cada ventilador que gira en sentido contrario, apoyando el ajuste dinámico de ventilación en diferentes condiciones de minería. Al mismo tiempo, una configuración redundante de ventiladores con conmutación automática mejora la fiabilidad del sistema, mientras que el funcionamiento en frecuencia variable mejora la eficiencia energética y simplifica el funcionamiento y el mantenimiento.
Una mina de carbón en Shandong opera dos conjuntos de ventiladores principales de ventilación contrarrotatoria a prueba de explosiones FBCDZN20-2×90. Cada ventilador está equipado con dos motores a prueba de explosiones YBF2-315L1-8, cada uno con una potencia nominal de 90 kW y 660 V. La velocidad nominal del ventilador es de 740 rpm, con un rango de funcionamiento de frecuencia variable de 30–50 Hz.
El sistema de ventilación es responsable de mantener un flujo de aire fiable en toda la mina y, por tanto, es una parte fundamental de la infraestructura de seguridad general de la mina.
Como carga crítica de Clase I, el sistema principal de ventilación requiere funcionamiento continuo, suministro de energía redundante y capacidad de conmutación rápida en caso de fallo del equipo.
Bajo métodos de operación convencionales, los sistemas de ventilación pueden depender de la regulación del regulador para regular el flujo de aire. Esto puede provocar pérdidas considerables de energía, una alta corriente de arranque e impacto mecánico durante el arranque del motor, así como un aumento de los requisitos de mantenimiento del equipo.
Para abordar estos desafíos, el proyecto adoptó el VFD de control vectorial de alto rendimiento FD300 de FGI para el sistema principal de ventilación del ventilador. La adaptación permite el control sincronizado a frecuencia variable de los dos motores e incorpora una estrategia automática de conmutación redundante entre los dos conjuntos de ventiladores.
En caso de una avería grave, el ventilador de reserva puede arrancarse y ponerse en funcionamiento automáticamente. Todo el sistema también está conectado a la plataforma principal de monitorización de ventiladores de la mina, lo que permite monitorización remota, alarmas de fallo y conmutación redundante de ventiladores para ayudar a mantener una ventilación segura y fiable.
| Punto | Parámetros |
|---|---|
| Modelo de ventilador | FBCDZN20-2×90 |
| Modelo de motor | YBF2-315L1-8 Motor a prueba de explosiones |
| Potencia de un solo motor | 90kW |
| Voltaje nominal | 660V |
| Velocidad nominal | 740r/min |
| Rango de Operación VFD | 30-50Hz |
| Rango de volumen de aire | 23-68 m³/s |
| Rango de presión estática | 200-2170Pa |
Tabla de Parámetros Básicos de Equipos en Lugar
Altos requisitos de seguridad y fiabilidad
El sistema principal de ventilación no puede tolerar tiempos de inactividad prolongados. Por tanto, se requiere una configuración redundante, con un ventilador funcionando y el otro en espera. En caso de fallo, el sistema de espera debe ponerse en marcha rápidamente para mantener una ventilación ininterrumpida.
Funcionamiento sincronizado de dos motores contrarrotativos
Cada ventilador consta de dos etapas accionadas por un motor. Los dos motores deben funcionar a frecuencias sincronizadas y velocidades igualadas para mantener una salida equilibrada del impulsor y evitar vibraciones excesivas, ruido y esfuerzos mecánicos.
Requisitos de ventilación dinámica
Las actividades de minería y excavación cambian continuamente en toda la mina. Por tanto, el flujo de aire y la presión deben ajustarse según las diferentes condiciones de funcionamiento.
En comparación con la regulación basada en amortiguadores, el control de velocidad de frecuencia variable proporciona una regulación del flujo de aire más suave y precisa, a la vez que reduce el consumo innecesario de energía.
Integración con el Sistema de Monitorización de Minas
El sistema VFD necesita comunicarse con la plataforma principal de monitorización de ventiladores de la mina y transmitir parámetros de funcionamiento como frecuencia, corriente, voltaje y códigos de fallo.
Esto permite tanto la monitorización local como remota y proporciona a los operadores información oportuna sobre el estado del sistema.
Entorno operativo duro
La sala de ventilación está sujeta a importantes fluctuaciones de polvo y temperatura. Por tanto, el sistema VFD debe proporcionar una protección fiable contra el polvo, disipación de calor y resistencia a interferencias electromagnéticas para garantizar un funcionamiento estable bajo exigentes condiciones de mina.
El proyecto utiliza cuatro VFD FGI FD300, que accionan de forma independiente los motores a prueba de explosiones de primera y segunda etapa de los dos ventiladores principales de ventilación.
Las características clave de la solución incluyen:
VFD dobles para transmisión sincronizada de doble motor
Dos VFD proporcionan salida sincronizada en frecuencia a los dos motores de cada ventilador que gira en sentido contrario, manteniendo velocidades de motor igualadas a lo largo de todo el rango de funcionamiento.
El sistema soporta el rango de frecuencia variable de 30–50 Hz del ventilador, lo que permite un ajuste flexible del flujo de aire según los requisitos de ventilación de la mina.
Configuración redundante del ventilador principal
Los dos sistemas principales de ventilación son eléctrica y mecánicamente independientes, y cada sistema es capaz de funcionar a plena carga para satisfacer los requisitos de ventilación de la mina.
En condiciones normales, un ventilador funciona mientras el otro permanece en espera.
Si el ventilador de funcionamiento presenta una avería grave y alcanza el umbral de apagado predefinido, el sistema de monitorización inicia automáticamente la secuencia de conmutación. El ventilador de funcionamiento se detiene y su salida VFD se desconecta, mientras que el ventilador de espera recibe la orden de arranque.
Los VFD de primera y segunda etapa del ventilador de espera aumentan simultáneamente hasta la frecuencia objetivo y asumen automáticamente el control.
Esta arquitectura redundante mejora significativamente la disponibilidad del sistema de ventilación y respalda los requisitos de seguridad de la mina para equipos críticos de ventiladores principales.
Integración Fluida con la Plataforma de Monitorización
Los VFD transmiten datos operativos en tiempo real —incluyendo frecuencia de salida, corriente de salida, voltaje de salida y códigos de fallo— al sistema principal de monitorización de ventiladores.
El estado del equipo puede mostrarse en la pantalla táctil local, mientras que las condiciones de funcionamiento anormales activan alarmas automáticas para ayudar a los operadores a responder rápidamente.
Diseñado para entornos mineros exigentes
Los armarios VFD cuentan con una mejor protección contra el polvo y disipación de calor para adaptarse a ambientes polvorientos de sala de mina.
Funciones de protección integrales —incluyendo sobrecorriente, sobretensión, sobrecarga, sobretemperatura y fallos a tierra— ayudan a proteger el sistema de accionamiento en condiciones de funcionamiento anormales.
Modos de funcionamiento flexibles
El sistema soporta tres modos de funcionamiento:
Funcionamiento local del panel VFD
Funcionamiento del gabinete de control local
Control remoto a través del ordenador supervisor
Esto proporciona mayor flexibilidad para diferentes escenarios de operación y mantenimiento.
Tras su puesta en servicio, el sistema ha mantenido un funcionamiento estable bajo condiciones reales de mina.
Se registró una condición de funcionamiento representativa con la frecuencia de salida del VFD a 48 Hz. La corriente del motor de la primera etapa era de 130,19 A, mientras que la de la segunda etapa era de 141,30 A, manteniendo la tensión de salida aproximadamente entre 372 y 373 V.
En esta condición de funcionamiento, el ventilador alcanzó un caudal real de aire de 51,73 m³/s y una presión estática de 1.000,25 Pa.
La temperatura del devanado del motor, la temperatura del rodamiento y los valores de vibración se mantuvieron dentro del rango de seguridad permitido.
Mayor seguridad y fiabilidad
La combinación de la tecnología de accionamiento de doble VFD y una arquitectura redundante de doble ventilador proporciona una base fiable para la ventilación continua de la mina.
Las funciones de protección integrales y la monitorización de fallos permiten detectar y reportar condiciones anómalas de forma rápida, facilitando que el personal de mantenimiento responda con rapidez y reduciendo el riesgo de inactividad inesperada.
Las características de arranque suave del VFD también eliminan la alta corriente de arranque asociada al arranque directo en línea, reduciendo el estrés eléctrico en la red y el impacto mecánico en el impulsor del ventilador.
Esto ayuda a prolongar la vida útil tanto de los motores como del equipo de ventilación.
Mejora de la operación y el mantenimiento
Los datos operativos se transmiten a la plataforma de monitorización y se muestran en la pantalla de control, permitiendo la visualización de la operación y el mantenimiento sin necesidad de lectura manual del contador.
Cuando ocurre un fallo, los operadores pueden identificar rápidamente el equipo y el estado de funcionamiento relevantes, ayudando a acortar el tiempo de diagnóstico.
Al mismo tiempo, un control suave de frecuencia variable permite un ajuste continuo del flujo de aire y la presión, permitiendo que el sistema de ventilación responda rápidamente a los requisitos cambiantes en diferentes etapas de minería y excavación.
| Elemento de seguimiento | Motor primario | Motor secundario |
|---|---|---|
| Frecuencia de funcionamiento | 48,00Hz | 48,00Hz |
| Corriente de Operación | 130.19A | 141.30A |
| Voltaje de salida | 372,00V | 373,00V |
| Temperatura del devanado del motor | 92-93°C | 97-99°C |
| Vibración horizontal | 0,30mm/s | 0,35mm/s |
| Volumen de aire en tiempo real del ventilador | 51,73 m³/s | |
| Presión estática del ventilador | 1000.25Pa |
Tabla de datos operativos típicos in situ
Como sistema crítico de seguridad en la minería subterránea, el ventilador principal de ventilación requiere un sistema de accionamiento altamente fiable, sensible y capaz de funcionamiento continuo.
En esta mina de carbón de Shandong, el VFD FD300 de FGI fue desplegado con éxito para atender los requisitos de operación sincronizada de los ventiladores de ventilación de doble motor contrarrotativo. La solución combina control sincronizado de frecuencia variable, conmutación redundante de ventiladores, protección integral y monitorización digital para apoyar una ventilación más segura y eficiente.
El proyecto demuestra cómo la tecnología avanzada de accionamiento de frecuencia variable puede ayudar a los operadores mineros a mejorar la seguridad operativa, la eficiencia energética y el mantenimiento al mismo tiempo.
De cara al futuro, FGI continuará desarrollando soluciones de variadores de frecuencia para equipos mineros críticos —incluidos ventiladores principales, polipastos, bombas y otros sistemas auxiliares— apoyando a la industria minera en la consecución de operaciones más seguras, eficientes y sostenibles.
