Lista de selección de filtros prensa de membrana para explotaciones mineras: Especificaciones de área de filtración, presión nominal y rendimiento

La selección de un filtro prensa de membrana para una explotación minera es una decisión de capital de alto riesgo. Una especificación incorrecta conduce a un bajo rendimiento crónico, a costes de explotación inflados y al incumplimiento de los objetivos críticos de apilamiento en seco o recuperación de agua. Muchos equipos de compras se centran únicamente en el tamaño de la placa o el precio de compra, pasando por alto la dinámica del sistema integrado que dicta el éxito a largo plazo.

Este proceso de selección exige pasar de la simple comparación de equipos a un análisis holístico del sistema. La interacción entre el área de filtración, los regímenes de presión y las características de los lodos no sólo define la capacidad, sino también el coste total de propiedad y la resistencia operativa. Acertar en estas especificaciones es fundamental para mitigar el riesgo de los relaves y garantizar una licencia social para operar.

Área de filtración frente a volumen de la cámara: Especificaciones de capacidad del núcleo

Definición de las métricas principales

El área de filtración y el volumen de la cámara son las especificaciones fundamentales de cualquier filtro prensa. El área total de filtración, calculada a partir de la suma de todas las superficies activas de las placas, rige la velocidad de separación de líquidos. El volumen de la cámara, determinado por el tamaño y la profundidad de las placas, fija la masa máxima de sólidos procesados por ciclo. En las operaciones a escala minera, las placas suelen oscilar entre 800 mm y más de 2.000 mm, con superficies totales que a menudo superan los 350 m². La profundidad de la cámara, normalmente entre 30 y 45 mm, determina directamente el espesor final de la torta y la producción de sólidos secos por lote.

La relación del tamaño estratégico

Estas dos métricas están intrínsecamente vinculadas para un dimensionamiento preciso. El área de filtración necesaria se obtiene a partir del volumen de lodo y la concentración de sólidos necesarios para llenar el volumen de la cámara en un tiempo de ciclo determinado. Un descuido común es especificar el área basándose únicamente en el caudal de líquido sin correlacionarlo con la capacidad de retención de sólidos de la cámara. El resultado puede ser una prensa que filtra con rapidez pero requiere ciclos demasiado cortos para alcanzar el rendimiento, o una prensa excesivamente sobredimensionada. Según la GB/T 34330-2017 Filtro prensa que establece los requisitos técnicos básicos, las especificaciones precisas de dimensiones y capacidad son fundamentales para la interoperabilidad y un rendimiento predecible.

Impacto en la economía del proyecto

La desalineación entre estas especificaciones básicas crea cuellos de botella inmediatos o desperdicio de capital. Un volumen de cámara insuficiente obliga a realizar ciclos más frecuentes, lo que sobrecarga los sistemas auxiliares y aumenta el desgaste de la tela. Un área de filtración sobredimensionada para un volumen de lodo determinado conduce a un uso ineficaz de la tela y a un mayor gasto de capital sin beneficios en el rendimiento. En nuestro análisis de las especificaciones de los proyectos, constatamos sistemáticamente que un análisis detallado de los lodos y un objetivo de producción deben impulsar el cálculo de ambos parámetros simultáneamente, no de forma secuencial.

Gama de tamaños de placasÁrea de filtración típicaRango de profundidad de la cámara
Placas a escala mineraMás de 350 m²30-45 mm
De 800 mm a más de 2000 mmDicta la velocidad de separación de líquidosEstablece el grosor final de la tarta
Volumen de la cámaraDetermina los sólidos por cicloEnlaces a la salida de sólidos secos

Fuente: JB/T 4333.2-2019 Condiciones técnicas del filtro prensa de cámara. Esta norma establece las condiciones técnicas de los filtros prensa de cámara, incluidas las especificaciones de las dimensiones de las placas, la construcción de la cámara y los parámetros generales de capacidad pertinentes para estos parámetros básicos de dimensionamiento.

Comparación de presiones nominales: Sistemas de alimentación, compresión e hidráulicos

El régimen de tres presiones

Un filtro prensa de membrana funciona con tres sistemas de presión distintos, cada uno con una función innegociable. La bomba de alimentación proporciona presión de filtración, normalmente de hasta 7 bares (100 psi), para empujar el lodo a las cámaras y formar la torta inicial. A continuación, el sistema de compresión de la membrana aplica una compresión secundaria, a menudo entre 15,5-40 bares, mediante diafragmas inflables para expulsar mecánicamente la humedad residual. El sistema de apriete hidráulico debe generar una fuerza extrema, a menudo superior a 4000 psi, para sellar todo el paquete de placas contra estas presiones internas.

Optimización del ciclo de alimentación

A menudo se subestima el papel de la bomba de alimentación. No es una simple bomba de trasiego; su estrategia de control es fundamental para el rendimiento. Los sistemas automatizados que aumentan gradualmente la presión son esenciales. Este enfoque controlado permite que se forme una capa protectora inicial sobre el tejido, evitando que las partículas finas lo ceguen prematuramente. Una bomba que suministre la presión máxima demasiado rápido reducirá la vida útil de la tela y comprometerá la eficacia de la filtración, independientemente de las capacidades nominales de la prensa.

La compresión como multiplicador del rendimiento

La fase de compresión de la membrana a alta presión es la característica que distingue a las prensas de membrana de las prensas de cámara empotrada. Esta fase es la responsable de conseguir la sequedad deseada de la torta y de reducir drásticamente el tiempo de ciclo. La presión nominal aquí es una palanca directa para el contenido de humedad final. En las operaciones de apilamiento en seco para la gestión de residuos debe darse prioridad a una prensa con una presión de prensado suficiente, tal como se define en normas como JB/T 4333.3-2019 Condiciones técnicas del filtro prensa de membrana, para garantizar la fuerza mecánica necesaria para cumplir las especificaciones de sequedad.

SistemaRango de presión típicoFunción principal
Bomba de alimentación (filtración)Hasta 7 bar (100 psi)Formación inicial de la torta
Apriete de la membrana15,5-40 barExpulsa la humedad residual
Sujeción hidráulica>4000 psiJunta paquete de placas
Control automatizado de bombasRampa de presión gradualEvita el cegamiento de la tela

Fuente: JB/T 4333.3-2019 Condiciones técnicas del filtro prensa de membrana. Esta norma especifica directamente los requisitos técnicos y los criterios de rendimiento de los filtros prensa de membrana, incluidos el diseño y las presiones nominales de los sistemas de alimentación, prensado e hidráulico, fundamentales para un funcionamiento seguro y eficaz.

Rendimiento y duración del ciclo: cálculo de la capacidad operativa

Ecuación de rendimiento

La capacidad operativa es la métrica definitiva, calculada como: (Volumen de la cámara) x (Concentración de sólidos de alimentación) x (Ciclos por día). Mientras que el volumen de la cámara y la concentración de sólidos se fijan en gran medida por el diseño y el lodo, los ciclos por día se rigen totalmente por el tiempo de ciclo. Por lo tanto, reducir el tiempo de ciclo es la forma más eficaz de aumentar el rendimiento sin ampliar el equipo físico.

Deconstruir el ciclo

Un ciclo completo de filtro prensa incluye el cierre, el llenado, la filtración, la compresión de la membrana, la descarga de la torta y el lavado de la tela (si está automatizado). La tecnología de membranas revoluciona esta secuencia al comprimir la fase de deshidratación. El exprimido se inicia de forma óptima cuando las cámaras alcanzan una capacidad aproximada de 80%. Este momento equilibra la carga máxima de sólidos con el espacio suficiente para que la expansión efectiva de la membrana aplique una presión uniforme. Si se inicia demasiado pronto, se desperdicia la capacidad de la cámara; si se inicia demasiado tarde, se pueden tensar las membranas y reducir su eficacia.

La ventaja económica de la velocidad

La compresión por membrana puede reducir la duración total del ciclo en un 50-75% en comparación con una prensa de cámara empotrada que depende únicamente de la presión de alimentación. Esta aceleración se traduce directamente en un mayor número de lotes procesados al día. A la hora de evaluar las opciones, el precio de una prensa de membrana debe evaluarse en función de este multiplicador de rendimiento. El retorno de la inversión suele venir de una recuperación más rápida del agua para su reutilización en el proceso y de una mayor capacidad de manipulación de sólidos secos, no sólo de una torta marginalmente más seca.

Variable claveImpacto en el rendimientoVentaja de la membrana típica
Volumen de la cámaraCapacidad de sólidos baseFijación por diseño de placa
Sólidos de alimentación %Multiplica la salida del cicloVariable dependiente del lodo
Duración del cicloVariable crítica de rendimiento50-75% reducción vs. empotrado
Ciclos/DíaControlador directo de capacidadAumento por ciclos más rápidos
Iniciación de la membranaCon una capacidad de cámara de 80%Optimiza la eficacia del estrujamiento

Fuente: Documentación técnica y especificaciones industriales.

Placas de membrana frente a placas de cámara empotradas: Ventajas e inconvenientes de la configuración

Mecanismo y división del rendimiento

La principal diferencia radica en el mecanismo de deshidratación. Una prensa de cámara empotrada depende únicamente de la presión de la bomba de alimentación para formar y deshidratar la torta. Una prensa de membrana utiliza un paquete de placas mixtas -que alterna placas empotradas sólidas y placas de membrana- para añadir una fase de compresión mecánica de alta presión tras la filtración. Esta compresión secundaria expulsa mucho más líquido residual, produciendo una torta más seca en mucho menos tiempo.

Evaluación de costes y resistencia

El mayor coste de capital inicial de una prensa de membrana es una consideración primordial. Sin embargo, un detalle crítico del diseño mitiga el riesgo a largo plazo: la elección entre diafragmas de goma reemplazables y membranas soldadas. Los diafragmas reemplazables transforman el mantenimiento de un importante trabajo de sustitución de placas en un sencillo cambio de componentes. Esto reduce drásticamente el tiempo de inactividad y los costes si falla una sola membrana. Las placas empotradas, aunque tienen un menor coste inicial, no ofrecen esta posibilidad de mejora del rendimiento y suelen tener mayores costes operativos por tonelada debido a ciclos más largos y a una mayor humedad residual.

La decisión sobre la solicitud minera

Para la mayoría de las explotaciones mineras modernas, especialmente las que tienen como objetivo el apilamiento en seco o maximizar la recuperación de agua, las ventajas operativas de las placas de membrana son decisivas. La capacidad de conseguir una torta transportable y apilable y las ganancias de rendimiento justifican el gasto de capital. La configuración respalda directamente estrategias más amplias de gestión medioambiental y de riesgos, lo que la convierte en una elección estratégica, no sólo técnica.

CaracterísticaPlacas de membranaPlacas de cámara empotradas
Mecanismo claveFase de compresión a alta presiónSólo presión de alimentación
Duración del cicloMás cortoMás largo
Humedad final de la tortaMás secoPotencialmente superior
Tipo de diafragmaSustituibles o soldadasNo aplicable
Coste de capital inicialMás altoBaja
Flexibilidad operativaAltaLimitado

Fuente: JB/T 4333.3-2019 Condiciones técnicas del filtro prensa de membrana. Esta norma define los requisitos específicos de construcción y rendimiento de las placas de membrana, incluidas las especificaciones de los diafragmas, que son fundamentales para las ventajas de rendimiento y las consideraciones de mantenimiento expuestas en esta comparación.

Coste total de propiedad: Factores de capital, explotación y mantenimiento

Más allá del precio de compra

El coste de adquisición suele ser inferior al 40% del coste total de propiedad (TCO) a lo largo de una década. Los costes de funcionamiento están dominados por la electricidad de las bombas y el sistema hidráulico, la sustitución periódica de las telas filtrantes y la mano de obra. Los costes de mantenimiento dependen de la frecuencia y gravedad del desgaste o avería de los componentes. Un análisis del coste total de propiedad obliga a adoptar una perspectiva de ciclo de vida, revelando el verdadero valor de los componentes duraderos y el diseño eficiente.

El papel de la especificación de materiales

La selección del material de los componentes es el factor que más influye en los costes de mantenimiento y el tiempo de inactividad. La abrasividad y la composición química del lodo determinan si los colectores deben ser de acero inoxidable o de acero al carbono, o si los diafragmas deben ser de EPDM o de Viton, más resistente. Especificar el material equivocado para ahorrar en el coste inicial garantiza un fallo prematuro. Esta decisión debe basarse en un análisis exhaustivo de los lodos, no en suposiciones.

El ecosistema de apoyo

La fiabilidad operativa a largo plazo depende del acceso a un mercado de piezas de repuesto maduro y a un servicio técnico receptivo. La capacidad de un proveedor para ofrecer asistencia durante todo el ciclo de vida -desde la puesta en marcha y la formación hasta el almacenamiento de repuestos críticos- es tan importante como el propio equipo. Invertir en un proveedor con este ecosistema minimiza el riesgo de paradas no planificadas prolongadas y costosas.

Categoría de costesPrincipales impulsoresEstrategia de mitigación
Gastos de capitalTamaño de la placa, nivel de automatizaciónDimensionamiento preciso
Costes de explotaciónPotencia, cambio de tela, mano de obraAutomatización optimizada del ciclo
Costes de mantenimientoEspecificación del material de los componentesAnálisis de lodos para materiales
Riesgo de inactividadEcosistema posventa especializadoApoyo al ciclo de vida del proveedor
Especificación del materialAcero inoxidable frente a acero al carbonoResistencia a la abrasión/química

Fuente: Documentación técnica y especificaciones industriales.

¿Qué filtro prensa es el mejor para su lodo de relaves específico?

Las características del lodo determinan el diseño

No existe un “mejor” filtro prensa universal. La configuración óptima depende del lodo específico. Las características clave son la distribución del tamaño de las partículas, la concentración de sólidos y la compresibilidad. Los lodos de partículas finas y alta compresibilidad son los que más se benefician de la compresión por membrana a alta presión. El objetivo de sequedad de la torta, ya sea para el transporte por cinta transportadora o para el apilamiento estable, determina directamente la presión nominal y el tiempo de ciclo necesarios.

El paso no negociable: Pruebas piloto

Los cálculos teóricos y las fichas técnicas de los proveedores son insuficientes. Las pruebas piloto con una muestra representativa de lodo son esenciales para generar datos empíricos. Estas pruebas determinan la sequedad alcanzable de la torta, el tiempo de ciclo óptimo, la selección de la tela y el punto de llenado 80% preciso para la iniciación de la membrana. Omitir este paso para ahorrar tiempo o costes es el error más común y caro en la adquisición de filtros prensa, y a menudo conduce a una especificación errónea irreversible.

De los datos a las especificaciones

Los datos del piloto proporcionan la base objetiva para todas las decisiones importantes. Informan sobre la elección entre membrana y placas empotradas, los índices de presión requeridos y el área de filtración necesaria para cumplir los objetivos de producción. Este enfoque basado en los datos selecciona la prensa cuyo rendimiento demostrado se ajusta a su perfil de purines y a sus objetivos operativos, de acuerdo con normas de aplicación como HG/T 4333.3-2019 Filtro prensa de membrana.

Característica del lodoConfiguración preferidaFactor clave de la decisión
Partículas finas, compresiblesApriete de la membranaObtención de la sequedad de la torta
Alta concentración de sólidosVolumen de cámara optimizadoEficacia del tiempo de ciclo
Objetivo de sequedad de la tortaDicta la presión necesariaDatos de las pruebas piloto
Distribución granulométricaInforma sobre la selección de la ropaVelocidad de filtración

Fuente: HG/T 4333.3-2019 Filtro prensa de membrana. Esta norma de la industria química proporciona directrices sobre aplicaciones y compatibilidad de materiales para prensas de membrana, que respaldan la necesidad de realizar análisis específicos de los lodos para determinar la configuración óptima y la selección de componentes.

Criterios de selección más allá de las especificaciones técnicas básicas

Automatización como base

La automatización avanzada mediante PLC y HMI ya no es un lujo. Garantiza ciclos coherentes y repetibles para una calidad óptima de la torta, mejora la seguridad del operario al reducir la intervención manual y proporciona una recopilación de datos crítica para la optimización del proceso y la elaboración de informes. Los sistemas automatizados de lavado de paños y los sensores de detección de torta reducen aún más la mano de obra y mejoran la fiabilidad.

Movilidad y soluciones integradas

La industria está cambiando hacia plantas de filtración integradas, montadas sobre patines o en contenedores. Estas soluciones móviles ofrecen ventajas significativas para explotaciones mineras remotas, ampliaciones de terrenos abandonados o proyectos piloto. Reducen el tiempo y la complejidad de la instalación y pueden reubicarse a medida que evolucionan los planes de la mina. Evaluar la capacidad de un proveedor para suministrar este tipo de sistemas integrados es fundamental para conseguir operaciones flexibles y preparadas para el futuro.

El imperativo estratégico del apilamiento en seco

La selección de filtros prensa es cada vez más importante para la gestión del agua y las estrategias de gestión de residuos. La producción de una torta de estériles seca y apilable mitiga los riesgos catastróficos asociados a las presas de lodos tradicionales, reduce la responsabilidad medioambiental a largo plazo y puede acelerar significativamente el proceso de obtención de permisos para nuevos proyectos. La prensa se convierte en un componente central de una estrategia ESG, transformando la compra de una adquisición de equipos en una inversión en licencia social y resiliencia operativa.

Ponga en práctica su selección: Pruebas piloto y ampliación

Validación del rendimiento a escala piloto

El éxito de una instalación a gran escala se basa en rigurosas pruebas piloto. Esta fase valida todos los parámetros teóricos -sequedad de la torta, tiempo de ciclo, rendimiento del tipo de tela- con su lodo real. Identifica los parámetros de funcionamiento precisos, como la curva óptima de presión de alimentación y el punto de inicio de la membrana, que maximizarán la eficacia a escala. Trate el piloto como una fase de aprendizaje para perfeccionar la receta operativa.

La metodología de la ampliación

El escalado del piloto a la producción implica incrementos proporcionales basados en los datos del piloto. El área de filtración y el volumen de la cámara se escalan linealmente para alcanzar la tasa de producción objetivo. Los sistemas auxiliares (bombas de alimentación, depósitos de filtrado y cintas transportadoras de torta) deben dimensionarse en consecuencia. Una bomba de alimentación de tamaño insuficiente se convertirá en el cuello de botella de una prensa que, por lo demás, está correctamente dimensionada.

Puesta en servicio para el éxito desde el primer día

El último paso es un proceso de puesta en marcha estructurado que aprovecha el apoyo del fabricante para la puesta en marcha. Esto incluye una formación exhaustiva de los operarios tanto en los procedimientos rutinarios como en la resolución de problemas. Una puesta en marcha bien ejecutada garantiza que el sistema funcione con la eficiencia diseñada desde el primer ciclo de producción, asegurando el retorno de la inversión previsto.

Fase de aplicaciónActividad críticaResultado
Pruebas pilotoValida la sequedad de la torta, la duración del cicloDatos empíricos sobre resultados
Identifica el punto de llenado de la membrana 80%Optimiza el tiempo de exprimido
AmpliaciónAumento proporcional del área/volumenCapacidad de producción
Puesta en servicioFormación y asistencia OEMDisponibilidad operativa

Fuente: Documentación técnica y especificaciones industriales.

El proceso de selección culmina con tres prioridades: la especificación basada en datos mediante pruebas piloto, una evaluación del ciclo de vida del coste total sobre el precio inicial y la alineación del equipo con estrategias más amplias de gestión del agua y los residuos. El filtro prensa de membrana adecuado es un acelerador del rendimiento y una herramienta de mitigación de riesgos.

¿Necesita una solución profesional de deshidratación adaptada a las características específicas de sus lodos y a sus objetivos de producción? El equipo de ingenieros de PORVOO puede ayudarle en su proyecto, desde la prueba piloto hasta la implantación a gran escala de sistemas de filtración por membrana. Póngase en contacto con nosotros para hablar de los requisitos de su aplicación.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cómo calculamos la capacidad real de un filtro prensa de membrana para nuestros residuos?
R: Calcule el rendimiento multiplicando el volumen total de la cámara por la concentración de sólidos de alimentación y el número de ciclos alcanzados por día. La variable crítica es el tiempo de ciclo, que la tecnología de membranas puede reducir en un 50-75% en comparación con las prensas de cámara empotrada. Para los proyectos en los que la velocidad de recuperación del agua es una prioridad, prevea analizar el tiempo de ciclo como el factor fundamental de la rentabilidad de su inversión.

P: ¿Cuáles son los principales sistemas de presión de un filtro prensa y cuál influye más en la vida útil de la tela?
R: Un filtro prensa utiliza tres sistemas de presión: alimentación (hasta 7 bar), compresión de la membrana (15,5-40 bar) y sujeción hidráulica (>4000 psi). El sistema de bomba de alimentación, que requiere una rampa de presión automatizada, es el más crítico para la vida útil de la tela, ya que un control inadecuado provoca un cegamiento prematuro. Esto significa que las instalaciones con lodos abrasivos deben dar prioridad a la optimización de la bomba de alimentación tanto como a las propias especificaciones de la prensa.

P: ¿Cuándo debemos iniciar el ciclo de exprimido de la membrana para optimizar la deshidratación y el rendimiento?
R: Inicie la fase de compresión de la membrana cuando la cámara alcance aproximadamente una capacidad de 80% con sólidos. Este umbral equilibra la carga máxima de sólidos con espacio suficiente para la expansión efectiva de la membrana para expulsar la humedad residual. Si su operación requiere la torta más seca posible, prevea sistemas de control que puedan detectar con precisión este punto de llenado para activar la compresión de alta presión.

P: ¿Por qué podría ser preferible una placa de membrana con un diafragma reemplazable a un diseño soldado para la minería?
R: El diseño de diafragma de caucho sustituible reduce los costes y el riesgo de inactividad, ya que permite cambiar una sola membrana dañada sin tener que desechar toda la placa de polipropileno. Esta elección de diseño apoya directamente las condiciones técnicas de mantenimiento y longevidad descritas en normas como JB/T 4333.3-2019. Para las aplicaciones mineras de apilamiento en seco, esta resistencia operativa suele justificar el mayor gasto de capital inicial.

P: Más allá del precio de compra, ¿qué factores determinan el coste total de propiedad de un filtro prensa?
R: Los costes de funcionamiento están dominados por la potencia de las bombas y el sistema hidráulico, la sustitución frecuente de los paños y la mano de obra. Los costes de mantenimiento dependen de la longevidad de las especificaciones de los materiales, por lo que es necesario elegir los materiales de los componentes, como grados específicos de acero o polímeros de diafragma, en función de la abrasividad y la composición química de los lodos. Esto significa que la contratación debe evaluar a los proveedores en función de la asistencia durante el ciclo de vida y el análisis detallado de los lodos para reducir los tiempos de inactividad imprevistos.

P: ¿Es realmente necesario realizar pruebas piloto antes de seleccionar un filtro prensa a escala real?
R: Sí, las pruebas piloto no son negociables para determinar parámetros críticos como la sequedad de la torta alcanzable, el tiempo de ciclo óptimo y la vida útil de la tela con su lodo específico. Estos datos empíricos informan las decisiones finales sobre el tipo de placa, los valores nominales de presión y la selección de la tela, ya que las especificaciones generalizadas a menudo conducen a una aplicación incorrecta. Si su proyecto tiene objetivos estrictos de sequedad o rendimiento, prevea presupuestar y realizar pruebas piloto exhaustivas para reducir el riesgo de la inversión de capital.

P: ¿Cómo se integra la selección del filtro prensa con estrategias más amplias de gestión del agua y de los residuos?
R: La selección de una prensa de alto rendimiento es fundamental para implantar el apilamiento en seco, que mitiga los riesgos de los diques de estériles, reduce la responsabilidad medioambiental y puede acelerar la obtención de permisos. Esta función estratégica se apoya en equipos construidos según normas industriales fundamentales como GB/T 34330-2017. Esto significa que la decisión pasa de ser una simple compra de equipos a una inversión en resistencia operativa y licencia social para operar.

P: ¿Cuáles son los pasos fundamentales para pasar de una prueba piloto satisfactoria a la producción total?
R: La ampliación requiere aumentar proporcionalmente el área de filtración y el volumen de la cámara basándose en datos piloto validados, al tiempo que se garantiza que los sistemas auxiliares, como las bombas de alimentación, tengan el tamaño adecuado. La puesta en marcha debe incluir una formación exhaustiva de los operarios y el apoyo de los fabricantes de equipos originales. Para las operaciones que aspiran a la máxima eficiencia desde el primer día, hay que planificar una ruta meticulosa que utilice los datos del piloto para ajustar los parámetros del ciclo y la estrategia de alimentación del sistema a escala real.

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