Análisis técnico-económico de la modernización de los accionamientos eléctricos de los motores sincrónicos de la molienda convencional de la Planta Concentradora de Codelco Andina

Abstract

El presente trabajo de título aborda la problemática de la obsolescencia tecnológica en la flota de motores sincrónicos de la molienda convencional de Codelco División Andina, activos críticos cuya antigüedad promedio supera los 45 años. El objetivo principal fue desarrollar una estrategia de modernización que garantice la continuidad operacional, mitigando el creciente riesgo de fallas catastróficas asociadas a la degradación del aislamiento y al desgaste de los sistemas de excitación con escobillas. La metodología integró un análisis de confiabilidad mediante Árbol de Fallas (FTA), con simulaciones dinámicas del motor utilizando las ecuaciones generalizadas de Park. Esto permitió caracterizar la respuesta transitoria ante fallas severas —como cortocircuitos de estator y asimetrías de campo—, estableciendo firmas espectrales para el diagnóstico temprano. Posteriormente, se realizó una evaluación de mercado y un Análisis de Costo de Ciclo de Vida (LCC), comparando alternativas de reemplazo estándar (WEG) y soluciones de ingeniería personalizada Drop-In (TMEIC). Los resultados demostraron que el costo de inacción es financieramente inaceptable: una detención mayor en el molino de barras (cuello de botella sin redundancia) genera un lucro cesante estimado en 14,3 millones de dólares, cifra que supera en más de diez veces la inversión de reemplazo. La evaluación económica concluye que, para los activos críticos, la modernización actúa como un seguro operacional, recomendándose la tecnología Drop-In por su menor riesgo de integración. Para los equipos con redundancia, se validó la viabilidad financiera de soluciones estándar que optimizan el Valor Actual Neto (VAN). Finalmente, el estudio propone una hoja de ruta de inversión alineada con los valores corporativos de seguridad y sustentabilidad, priorizando la migración hacia tecnologías brushless y control digital para asegurar la disponibilidad del proceso de conminución durante las próximas décadas.

This degree project addresses the issue of technological obsolescence in the synchronous motor fleet of the conventional grinding process at Codelco Andina Division, critical assets with an average age exceeding 45 years. The main objective was to develop a modernization strategy to ensure operational continuity, mitigating the growing risk of catastrophic failures associated with insulation degradation and wear in brush excitation systems. The methodology integrated a reliability analysis using Fault Tree Analysis (FTA) with dynamic motor simulations using Park’s generalized equations. This allowed for the characterization of transient responses to severe faults—such as stator short circuits and field asymmetries—establishing spectral signatures for early diagnosis. Subsequently, a market evaluation and Life Cycle Cost (LCC) analysis were conducted, comparing standard replacement alternatives (WEG) with custom Drop-In engineering solutions (TMEIC). Results demonstrated that the cost of inaction is financially unacceptable: a major stoppage in the rod mill (a bottleneck with no redundancy) generates an estimated profit loss of 14.3 million dollars, a figure more than ten times the replacement investment. The economic evaluation concludes that for critical assets, modernization acts as operational insurance, with Drop-In technology being recommended due to its lower integration risk. For equipment with redundancy, the financial viability of standard solutions optimizing Net Present Value (NPV) was validated. Finally, the study proposes an investment roadmap aligned with corporate values of safety and sustainability, prioritizing the migration towards brushless technologies and digital control to ensure the availability of the comminution process for the coming decades.