1st international seminar on mining excellence www.egaf.cl Rodrigo Pascual

1. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA
ENERGETICA
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Mejoramiento de Consumo de
Combustible en Camión Komatsu
930E-4 Mediante Simulación
Dinámica del Sistema de Tracción
Cristian González Focacci
Pontificia Universidad Católica de
Chile, Escuela de Ingeniería
1

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Definición problema
2
• Estrategias disminución
consumo de combustible
para trayectoria dada.
Objetivo
• Interacciones dinámicas
complicadas entre
componentes sistema.
Problema
• Simulación dinámica de
sistema de tracción.
Solución
Propuesta

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Alcances Simulador
Ciclos propulsión
(acelerador).
Movimiento Rectilíneo.
Extensible a otros
sistemas/modos operación.
3

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Estructura general simulador
4
Entorno
Pendiente
Coef. roce
Acelerador
Perfil velocidad
Consumo combustible
Conductor

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Sistema de Tracción 930E-4: ciclos
propulsión
5
M
M
Diesel Alternador
Rect.
Inv. 2
Inv. 1
Bus DC
Flujo Potencia

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Coordinación y control de
componentes
6
Actuadores
Control
Regulatorio
Control
Central
Control
Sistema
Propulsión
Motores AC
(Torque)
Inversores
Motor Diesel
(Velocidad)
Inyector
Combustible
Link DC
(Voltaje)
Alternador

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Modelamiento: EMR
• Energetic Macroscopic Representation
▫ Simplifica modelamiento de sistemas electromecánicos.
7

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Modelamiento: Supuestos
Controladores estáticos perfectos.
Modelos eléctricos estáticos (régimen
sinusoidal permanente).
Máquinas trifásicas balanceadas.
Motores tracción idénticamente
operados.
8

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Modelamiento: EMR Sistema Tracción
9
Iinv1
Iinv2
Vdc
Vdc
Vm1
Vm2
Im2
Im1 Teje1
Tm1
Wm1
Wm2
Wm2Tm2
Teje2
Wm1
vr2
vr1
vcamión
Fresistente
Fr2
Fr1
Tmot1*
Tmot2*
Link DC Inversor Motor AC Eje Tx/Rueda
Acoplamiento
rueda/camión Entorno
Wice
Talt Ialt
Valt
Idc
Vdc
Wice*
RectificadorAlternadorMotor DieselCombustible
Vdc*
Wice
Hl
dm_f

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Modelamiento: Control Central
• Cálculo de referencias a partir de comando
conductor:
▫ Pedal aceleración
10
***
iceDCVT 

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Modelamiento: Comportamiento
Conductor
• Modelo conductor: controlador PID.
▫ Inputs: velocidad actual y deseada.
▫ Output: torque motriz requerido (posición
acelerador).
• Modelo simplista. Influye sobre el resultado de
simulaciones.
11

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Modelamiento: Comentarios
Construcción simulador en MATLAB/Simulink
Modelos de mayor precisión/complejidad
posible:
• Esfuerzo computacional.
• Datos disponibles.
Estimación parámetros simulador
• Valores nominales.
• Tanteo.
12

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Simulación: Escenario
13
Fuente: Tarea 2 Curso IMM2010 – Minería a Cielo Abierto, Pontificia Universidad Católica de Chile, Centro de Minería, Prof. Ronald Guzmán,
2010.
0 500 1000 1500 2000
0
50
100
150
X[m]
Y[m]
TRAYECTORIA SIMULACIÓN
• Pendiene 0-9%.
• Coef. Rodadura
4-8%.
• Longitud
2165[m]

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Simulación: Escenario
• Velocidad inicial = 0 [km/h]
• Carga camión = 250 [ton]
• Velocidad referencia
▫ Tres perfiles distintos.
14

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Simulación: Estrategias Velocidad
• Perfil #1
▫ Vmedia = 20[km/h]
• Perfil #2
▫ Vmedia = 18.4[km/h]
• Perfil #3
▫ Vmedia = 20.6[km/h]
15
0
10
20
30
Perfil #1
[km/h]
10
20
30
[km/h]
Perfil #2
400 800 1200
1
1600 20000
110
20
30
L [m]
[km/h]
Perfil #3
0

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Simulación: Resultados
• Seguimiento
referencia
▫ Modelo conductor.
• Tiempos de viaje
▫ Velocidades
medias.
16
0 50 100 150 200 250 300 350
0
10
20
30
[km/h]
Perfil #1
0 50 100 150 200 250 300 350 400
0
10
20
30
[km/h]
Perfil #2
0 50 100 150 200 250 300 350
0
10
20
30
Tiempo [s]
[km/h]
Perfil #3

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Simulación: Resultados
17
1
0.65
0.52
Consumo Total Combustible
(Normalizado)
Perfil #1 Perfil #2 Perfil #3
393
427
381
Tiempo Viaje [s]
Perfil #1 Perfil #2 Perfil #3

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Simulación: Resultados
• Valores
normalizados
▫ Valores numéricos
inadecuados.
▫ Falta de datos
calibración.
18
0 20 40
0
50
100
150
200
[m]
200 400 600
0
5
10
15
20
[m]
Tasa Consumo Combustible
600 800 1000 1200 1400
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
[m]
Perfil #1
Perfil #2
Perfil #3
0 20 40
0
1
2
3
4
[m]
200 400 600
0
2
4
6
8
10
12
Torque Solicitado
[m]
600 800 1000 1200 1400
1.25
1.3
1.35
1.4
1.45
[m]

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Simulación: Discusión
Menor consumo
combustible con
perfil de
velocidad más
“suave”.
Distribución de
aceleración a lo
largo de
trayectoria
19
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
0
10
20
30
[km/h]
Velocidad Perfil #3
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
-0.5
0
0.5
1
L[m]
[m/s
2
] Aceleración Perfil #3

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Conclusiones Finales
Resultados coherentes en cuanto a tendencias
Imprecisión en valores numéricos
• Falta de datos para estimación de parámetros.
• Falta de datos validación.
Simulador como plataforma inicial
• Potencial para mejoras - datos detallados de componentes.
• Carácter modular - extensible a otras aplicaciones.
20

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Agradecimientos
• Daniel Alfaro, Komatsu Chile.
• Edgardo Quintero, Komatsu Chile.
• Dr. Aldo Cipriano, Profesor Guía.
• Dr. Rodrigo Pascual, Profesor Curso.
21

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MUCHAS GRACIAS
Cristian González Focacci
Pontificia Universidad Católica de
Chile, Escuela de Ingeniería
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