Gemelos digitales en minería: el futuro de la simulación y la optimización de faenas

En un escenario global donde los márgenes de minería están cada vez más ajustados por costos operacionales, presiones ambientales, y leyes de mineral menores, los gemelos digitales emergen como herramientas decisivas. Permiten simular operaciones complejas, anticipar problemas y optimizar toda la cadena productiva minera, desde el yacimiento hasta la salida del producto.

¿Qué es un gemelo digital?

Un gemelo digital es una réplica virtual de un activo, proceso o sistema físico real, que se actualiza en tiempo casi real mediante datos captados por sensores, sistemas IoT, monitoreo geoespacial (drones, LiDAR), y otros dispositivos digitales. Esta réplica digital no solo reproduce el estado actual del sistema, sino que incorpora modelos basados en física (por ejemplo de desgaste, molienda, transporte, ventilación), algoritmos de machine learning para detectar patrones históricos, y simulaciones que permiten evaluar qué pasaría si se hacen cambios operacionales.

Pero, ¿Qué ofrecen los gemelos digitales, a diferencia de los sistemas tradicionales?:

1. Retroalimentación constante con datos reales, lo que permite calibraciones dinámicas.
2. Capacidad de explorar escenarios hipotéticos sin interrumpir la operación real.
3. Integración de múltiples dominios: geología, hidráulica, energía, ambiente, logística, etc.

Estos atributos los hacen especialmente útiles en minería, donde las condiciones son altamente variables y los costos de errores operativos son muy elevados.

El papel de los gemelos digitales en minería

Basado en estudios recientes, estos son algunos roles clave que los gemelos digitales están cumpliendo o pueden cumplir en la minería:

1. Monitoreo operacional en tiempo real
   Integran datos de IoT, drones, dispositivos móviles, SCADA, bombas, ventiladores, etc., para reflejar lo que está ocurriendo en la faena. Esto incluye variables ambientales (temperatura, humedad, gases), rendimiento de equipos, estado de suelos y taludes. 

2. Mantenimiento predictivo y predicción de fallas
   Uso de históricos operativos más datos en vivo para detectar señales tempranas de desgaste, vibraciones, cambios de eficiencia energética, etc. Gracias a esto, se puede planificar intervenciones antes de que ocurra la falla principal. 

3. Optimización de procesos y productividad
   Ejemplos como el de ABB en la mina Aitik (circuito de molienda) muestran que con gemelos digitales se puede simular diferentes estrategias de control, ajustar parámetros de operación para maximizar la producción, minimizar el consumo energético, y reducir variabilidad del proceso.

4. Seguridad y gestión de riesgo
   Los gemelos digitales permiten modelar ventilaciones, riesgos geotécnicos, exposición a gases, flujo de personas y materiales, lo que ayuda a identificar peligros antes de que ocurra un accidente. 

5. Mejora ambiental y sostenibilidad
   Permiten simular emisiones, consumo energético, uso del agua, residuos, y evaluar diferentes estrategias para reducir impacto ambiental. También ayudan en la planificación para cumplir regulaciones ambientales y compromisos de sostenibilidad. 

6. Colaboración, toma de decisiones estratégicas y planificación
   Un gemelo digital bien diseñado sirve como plataforma común de datos para todos los equipos (operaciones, mantenimiento, medio ambiente, seguridad, finanzas), facilitando decisiones más informadas, coordinación entre áreas y mejores inversiones. 

Aplicaciones prácticas en la industria minera

Algunos casos relevantes actuales que ejemplifican cómo se están usando los gemelos digitales:

1. Boliden Aitik (Suecia): con ABB, se implementó un gemelo digital para el circuito de molienda. Se utilizaron herramientas de control avanzado (Advanced Process Control, MPC) para balancear múltiples objetivos: calidad del producto, estabilidad del proceso, reducción del consumo energético y medios de molienda. El gemelo permitió hacer muchos ensayos virtuales antes de ajustar la operación real con poco riesgo.

2. Empresa australiana (Sentient Computing): desarrolló gemelos digitales en múltiples sitios mineros que permitieron ahorrar varios millones de dólares mediante mantenimiento predictivo, optimización de procesos y reducción de tiempo requerido para acceder a información relevante para seguridad y operación.

3. Investigaciones recientes muestran que países como China, Australia, Estados Unidos, Canadá y Rusia lideran en investigación y prácticas aplicadas en gemelos digitales mineros.

Beneficios medibles

Según los estudios:

1. Reducciones importantes en costos operacionales (por mejoras en eficiencia energética, menor uso de medios de molienda, optimización de transporte interno, etc.).
2. Disminución del tiempo de inactividad no planificada al anticipar fallas, lo que incrementa la disponibilidad de equipos. 
3. Mejora en la estabilidad y calidad de procesos críticos como molienda, trituración, flotación. 
4. Mayor seguridad operacional al prever riesgos geotécnicos, condiciones ambientales peligrosas, etc. 
5. Apoyo para cumplimiento regulatorio y metas de sostenibilidad ambiental. 

Desafíos de la implementación

Aunque los gemelos digitales tienen mucho potencial, los estudios coinciden en varios obstáculos que deben abordarse para su adopción efectiva:

1. Calidad y heterogeneidad de los datos
   Los datos provienen de diferentes fuentes (sensores, drones, sistemas legados, informes manuales). Muchos están mal calibrados, tienen retrasos, o no están sincronizados. Para que el gemelo tenga valor, la integridad y precisión de los datos son fundamentales. 

2. Conectividad y latencia
   En minas remotas o subterráneas es difícil tener una infraestructura de comunicaciones con ancho de banda suficiente y baja latencia. Esto afecta la capacidad de actualización en tiempo real. 

3. Modelos confiables y validación
   Los modelos deben capturar la física real del proceso (desgaste, geotecnia, transporte) y deben calibrarse bien. Además, tienen que actualizarse continuamente para reflejar cambios operacionales. Si no, pierden precisión. 

4. Inversión inicial significativa
   Costos de sensores, infraestructura digital, plataformas de cómputo, formación de personal, licencias de software, etc. 

5. Cambio cultural y organizacional
   Incorporar gemelos digitales implica que diferentes áreas (operaciones, mantenimiento, geología, seguridad, ambiente) colaboren, confíen en los modelos virtuales, y tomen decisiones basadas en datos. No siempre esto existe. 

6. Ciberseguridad y gobernanza de datos
   Con tantos datos en juego y conexiones en red, proteger los datos, asegurar la privacidad, la integridad, y definir quién tiene acceso a qué información es clave. 

Conclusión

Los gemelos digitales no son una moda pasajera en minería: se están convirtiendo en infraestructura crítica para quienes quieren operar con eficiencia, seguridad y responsabilidad ambiental. Su capacidad para simular, anticipar, optimizar hace que puedan reducir costos, disminuir riesgos y mejorar la toma de decisiones estratégicas.

Para que su implementación sea exitosa, es indispensable:

1. Asegurar la calidad y fiabilidad de los datos,
2. Contar con conectividad robusta,
3. Comprometer a toda la organización al uso de tecnologías digitales,
4. Asumir inversiones iniciales como parte del costo de adaptación al nuevo paradigma.

👉 En DatoMinero estamos atentos a estas tendencias. Pronto compartiremos estudios de caso locales aplicados a nuestras faenas, con resultados concretos que muestren el retorno de inversión de los gemelos digitales.

Recursos:

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2950555024000582
2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S277266222300005X
3. https://new.abb.com/mining/digital-applications/advanced-process-control/case-study-the-use-of-a-digital-twin-with-advanced-process-control-at-boliden-aitik-mine
4. https://akselos.com/the-digital-future-of-mining-digital-twins/