capitulo vii

PROCESAMIENTO DE MINERALES – MINERALURGIA I ING. NATANIEL LINARES GUTIÉRREZ

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CAPITULO VII

SUPERVISIÓN Y CONTROL DE CIRCUITOS DE CONMINUCIÓN

6.1. OBJETIVO

Al concluir el estudio del presente capítulo, el estudiante estará capacitado para supervisar las operaciones unitarias principales y auxiliares que se realizan en la sección de conminución de una Planta Concentradora, asimismo tendrá a su alcance los conocimientos básicos del control manual del circuito de trituración-cribado y molienda-clasificación, como también del control automático del proceso,

6.2. SUPERVISIÓN DE LA SECCIÓN DE CONMINUCIÓN. La eficiente y dinámica supervisión de la sección de conminución de una Planta

Concentradora, ya sea ésta pequeña, mediana o grande en cuanto a tratamiento de mineral se refiere, es de vital importancia, por cuanto ella va ha garantizar un tratamiento continuo en las secciones de concentración, etc.. En consecuencia, hoy por hoy, se requiere de una metodología adecuada, por tanto, basada en un conjunto de datos completos y fidedignos para su evaluación racional y un mecanismo de control de datos y de parámetros operativos.

Ello nos conlleva a decir que la función del supervisor de esta sección de la Planta Concentradora, es distinta a la del operador y del diseñador, aunque están interrelacionadas. El supervisor tiene como objetivo optimizar los resultados obtenidos de la operación pertinente, tanto en sus aspectos técnicos como en los económicos, creando una base de datos de información que conduzca a la proposición de los correctivos del proceso y las modificaciones del circuito e instalación de los equipos.

Si este es el punto de vista, de cómo se concibe la labor del supervisor, tendrá que cumplir

mínimamente con estos tres aspectos:

1. Análisis del proceso. 2. Balance de materiales del proceso. 3. Control de las variables de cada una de las operaciones unitarias del proceso.

En el primer aspecto, el supervisor deberá efectuar una investigación de todos los datos que

requiera conocer para evaluar el proceso en cada una de las etapas de esta sección. Esta investigación puede ser de carácter estático, es decir, datos de mediciones de pesos de mineral alimentado a la etapa de chancado, peso alimentado a la etapa de molienda, velocidad de alimentación en t/h, muestreo para análisis químico y análisis granulométrico de entrada y salida de cada máquina, consumo de energía por medición directa, etc. O dinámica, es decir, realizando pruebas para determinar la triturabilidad y la moliendabilidad del mineral y poder calcular un índice de trabajo operativo más o menos real, o para realizar pruebas a escala piloto si esto fuera necesario.

La investigación de todos los datos que definen el proceso metalúrgico que en este caso da

origen al estudio de la eficiencia, debe involucrar un chequeo de precisión, a fin de poder eliminar o por lo menos reducir al mínimo los errores instrumentales y de operación. Pero esto conlleva, a que el personal encargado de la operación de esta sección utilice tales datos “tal cual como son obtenidos” es decir, sin recalculo o corrección de ninguna clase.

En esta sección, la granulometría es la base para calcular la carga circulante de chancadoras y

molinos que trabajan en circuito cerrado como las máquinas que trabajan en circuito abierto, para determinar la eficiencia de molienda, la eficiencia de clasificación de las zarandas, hidrociclones, etc. diámetro de corte, es oportuno llevar a cabo dicha determinación a intervalos regulares en las partes críticas de la sección de conminución.


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En el segundo aspecto, este término involucra todos los cálculos metalúrgicos a efectuarse con los datos obtenidos, para evaluar técnica y económicamente el proceso de la conminución. Esto precisa saber cual es la velocidad de tratamiento (t/h) y la cantidad tratada (t/d), consumo de energía (Kw-h/t) y el valor o costo de tratamiento ($/t). Esto se hace diario, mensual y anualmente.

En el tercer aspecto, con los datos anteriores, el supervisor se creará un criterio práctico para controlar y orientar cada una de las operaciones unitarias que comprende la sección de conminución, estableciendo estrategias y objetivos para lograr una adecuada optimización del proceso y la formulación de adecuadas recomendaciones para implementar correcciones y mejoras en cada circuito en operación.

En la labor de un supervisor de Planta Concentradora, el tema que nos ocupa, se pueden distinguir dos niveles de control:

a) Control operacional, y b) Control del proceso propiamente dicho.

El control operacional lo ejerce sobre el personal de operadores y de los datos informados

por ellos. Debe asegurarse que los datos reportados sean verídicos y confiables. Estos son: a) Tonelaje tratado. b) Muestreo correcto. c) Ensaye químico. d) Análisis granulométrico. e) Densidad de pulpa (porcentaje de sólidos por peso). f) Comprobación periódica y oportuna de los instrumentos de medida. g) Mantenimiento mecánico/eléctrico/electrónico de los instrumentos de medida. h) Programación sistemática y racional de mantenimiento del equipo. i) Logística de repuestos. j) Relación entre resultados prácticos de la sección y los resultados de las pruebas de

laboratorio.

El control de proceso propiamente dicho, puede ser manual o automatizado. Aquí ya se presenta un panorama interesante sobre la metodología y la mecánica de los sistemas modernos de control automático del proceso, tal como veremos en los acápites siguientes.

6.3. FUNDAMENTOS DEL CONTROL DE PROCESOS.

El control de cada proceso individual de una Planta Concentradora es una tarea compleja, controlar la operación general de esta planta es extremadamente complejo. En la industria química, el control automático se ha usado durante muchos años. Sin embargo, en las Plantas Concentradoras de minerales, el control automático se introdujo recientemente, principalmente por:

La falta de instrumentos adecuados para medir las variables de proceso que se requieren, o lo suficientemente robusta para resistir las severas condiciones de trabajo que existen en estas Plantas de Tratamiento de Minerales.

La necesidad de sistemas confiables de muestreo representativo.

El control de una Planta Concentradora de minerales tradicionalmente ha dependido de la destreza de los metalurgistas y operadores de la misma. Con frecuencia, datos vitales tales como las leyes de cabeza, de los concentrados y de la cola no se tienen disponibles sino hasta el turno siguiente y aun hasta el día siguiente. Como resultado, este control varía mucho de una Planta a otra. Esta complejidad del tratamiento de minerales, es lo que hace tan difícil un control manual eficaz de las Plantas, es por ello que deben adaptarse algunos equipos de control automático si se pretende acercarse al rendimiento óptimo de la Planta Concentradoras.

El estudio del control automático de por sí es ya un tema complejo. Las soluciones exactas para problemas de control, requieren conocimientos detallados de un proceso, no sólo de las características físicas y químicas de los flujos, sino también de aspectos electromecánicos del equipo


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relacionando (bombas, acondicionadores, molinos, chancadoras, colectores de polvo, etc.), del sistema de tuberías y del lazo de control a emplearse.

El control automático puede ser definido como la técnica de medir el valor de una variable y producir una respuesta contraria, para limitar esta desviación de la referencia seleccionada. Se pueden dar otras definiciones adecuadas pero el control automático puede ser entendido mejor en términos sobre lo que se necesita, las ventajas que ofrece y las formas de energía que controla.

Los avances en el control de procesos han sido responsables de los incrementos más significativos en la operación y productividad de las Plantas Concentradoras. Por otro lado, cuando las condiciones son difíciles, un sistema de control de molienda puede reducir la producción en la cantidad mínima necesaria para evitar las sobrecargas y derrames en los equipos.

Conceptos Sobre el Control de Procesos

El PROCESO es una secuencia de actividades destinadas a realizar una serie de

transformaciones físicas y químicas de materias primas para convertirlas en productos de mayor valor, utilidad o aplicación. De otra forma se puede decir que es el lugar donde la materia y la energía se unen para producir un bien o un servicio y desde el punto de vista del control, es una agrupación de una o más variables, de las cuales es necesario obtener información con el fin de ejercer un dominio sobre los valores que alcanzan.

Los procesos están asociados a grupos de comportamiento llamados sistemas, por lo cual, es muy interesante tener una verificación del tipo de sistema que se está modelando. Los modelos de sistemas típicos se pueden clasificar en:

Lineal: Estos sistemas están definidos por un principio de superposición. Si Y1 y Y2 son las

respuestas de un sistema cuando X1 y X 2 son las respectivas entradas, se dice que el sistema

es lineal sí: T X X T X T X Y Y1 2 1 2 1 2 y T aX aT X aY ;

donde: T es la función de transformación del proceso, a es una constante arbitraria.

No Lineal: No corresponden a la definición de sistemas lineales, y su expresión de modelación puede resultar muy compleja.

Invariante en el tiempo. Es el sistema en el cual un desplazamiento en el tiempo o un retardo de la secuencia de entrada, causa un correspondiente desplazamiento en la secuencia de salida. Si

Y1 es la respuesta de un sistema cuando X1 es entrada, se dice que el sistema es invariante en

el tiempo cuando para todo t0 cuando en la entrada se tiene que X t X t t1 0 y produce

una salida Y t Y t t1 0

Variante en el tiempo: Es cuando el sistema agrega modificaciones dependientes del tiempo.

Linealmente invariantes en el tiempo: es una representación de una combinación de los sistemas

lineales y los sistemas invariantes en el tiempo. Y t T X t t 0

Estables: Ante toda entrada acotada, la salida es acotada.

El CONTROL de un proceso es la actividad encaminada a mantener la conducta de ciertas variables o parámetros dentro de los rangos deseados, haciendo que las desviaciones en los valores esperados sean mínimas, casi nulas o despreciables.

Por lo general las variables a controlar en un proceso están asociadas con la calidad del producto final o con las condiciones de operación del proceso. Estas son múltiples y diversas, tales como:

Variables físicas: Presión, temperatura, caudal, etc.


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Variables estadísticas o administrativas: Cantidad, costos, pedidos, etc.

6.4. SISTEMAS DE CONTROL

Los sistemas de control de procesos, han tenido una evolución continua desde sistemas de una sola variable de entrada y otra de salida, hasta aquellos sistemas multivariables que presentan inter-relaciones entre ellas. El control de procesos, de acuerdo a la tecnología, se clasifica en tres tipos: control manual, control automático y control informático.

a) Control Manual. La acción de control se hace con la asistencia de un operador el cual es conocedor del proceso, es quien hace una inspección visual y sabe cuales son los valores esperados como también los que existen en el momento para cada una de las variables. Es el mismo operador quien hace las conexiones y ajustes que cree necesarias en casos de discrepancia, para controlar las variables que conducen a un logro final. Ver figura 6.1

Figura 6.1: Control manual

b) Control Automático. La acción del Control se ejerce sin intervención directa del operador. La inspección del proceso se hace sobre instrumentos de la sala de mando y las decisiones se toman de acuerdo a estas lecturas. La estructura del control permite mantener automáticamente las variables de salida no muy alejadas del valor esperado. Ver figura 6.2

Figura 6.2Control automático

Se distinguen dos tipos principales de control automático:

Control Retroalimentado : La acción del control es una respuesta al comportamiento del sistema tomando como información sus salidas. Las acciones de control son generadas por un aparato regulador las cuales son función del error o diferencia entre el valor deseado y el real que suministra la salida del regulador para luego generar una salida de corrección. Ver figura 6.3

AmplificadorActuadorProceso

Medición

Consigna

Controlador

Proceso

Consigna

Medición


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PROCESO

ACTUADOR

SENSOR/

TRANSMISOR

ALGORITMO DE

CONTROL

Carga

Acción de

ControlValor de

referencia

Variable

controladaVariable

manipulada

+-

Fig. 6.3 Control retroalimentado

Control realimentado : En este tipo de control la información proviene de las entradas al proceso. La función del control es actualizar el valor de las variables manipuladas con el resultado de la relación entre los valores de las variables de carga y los valores deseados de las variables controladas. La información viaja hacia adelante. (ver fig. 6.4)

PROCESO

ACTUADORSENSOR/

TRANSMISOR

COMPUTADOR

DE CONTROL

Carga

Medición

de variables

Variable

manipulada

Acción de

control

Fig. 6.4 Control realimentado

Con esta técnica se requiere un buen conocimiento de la dinámica del proceso; siendo útil para

procesos complejos y cuyas condiciones de control son críticas. Estos pueden combinarse.

Control Lógico: La acción del control, es normalmente discreta. Se determina tomando decisiones lógicas sobre el estado de ciertas variables. Se tienen dos tipos de control lógico: Control combinatorio, donde las salidas dependen de la combinación lógica de las entradas y control secuencial, donde además de las decisiones lógicas interviene el tiempo como variable importante.

Control difuso: Bajo una estructura matemática de lógica multivalente, llamada teoría de conjuntos difusos (Fuzzy Sets), se abre aplicaciones hacia los conceptos de la teoría del control. Su ventaja está dada en la elasticidad para manejar la vaguedad y la incertidumbre, similar a la tarea que realiza un ser humano.

Control asistido por computador: La acción de control sobre las máquinas y/o procesos se hace con ayuda de un computador y casi sin intervención directa del hombre para su funcionamiento. El operador no observa los instrumentos sino que se limita a interpretar y ejecutar lo que el computador le comunica a través de la consola. A este tipo de control también se lo llama control informático. (ver fig: 6.5)


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Fig. 6.5 Control asistido por computador

Sus principales características son:

Unificar todos los tipos de control automático

Los argumentos del control se fijan en el contenido de un programa, eliminándose la complejidad de circuitos.

Es multivariable (varias salidas y entradas)

Permite la optimización y la toma de decisiones

Por la experiencia se puede mejorar o adaptarse a nuevas situaciones.

Se relaciona con otras categorías de control por ejemplo con el control administrativo.

c) Informática de control: Consiste en la utilización de un computador unido físicamente con un proceso real, donde la información de entrada y salida es proporcionada y utilizada por el hombre y el proceso.

Juegan aquí un papel muy importante tanto el Hardware como el Software del

computador y los equipos periféricos propios de cada caso. El trabajo del computador al estar conectado a un proceso se hace en tiempo real, para estar continuamente atendiéndolo; las exigencias en este modo se hacen mucho más agudas.

Algunos Periféricos típicos en informática de control son:

Lectora de cintas magnéticas

Medidores

Suiches y pulsadores

Reguladores

Servomotores

Acondicionadores

Transmisores

Indicadores

Válvulas

Registradores

Consolas

Alarmas

El control informático de procesos se apoya en varias disciplinas propias del conocimiento humano, para lograr su objetivo de control.

El área de aplicación de este tipo de informática se da en todos los campos donde exista una actividad física que pueda ser controlada. Ejemplo: Almacenes, suministros y control de energía, agua, gas, construcción de máquinas, control de procesos de producción de partes, etc.

En las aplicaciones de control predominan los cálculos de variables y parámetros del control.


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6.4.1. Propósitos Básicos para el uso del Control Automático. El propósito básico para usar el control automático, es la producción que puede ser lograda

más económicamente. Algunos procesos no serán posibles si no es por el uso de controles automáticos, la economía se logra así de diferentes formas:

Disminuyendo el costo de proceso.

Eliminando o reduciendo los errores humanos.

Mejorando el control de calidad del producto.

Reduciendo el tamaño de equipos de proceso y el espacio que estos requieren.

Proveyendo mayor seguridad en la operación.

Minimizando el consumo de energía.

Al hablar de sistemas de control, es necesario hacer una diferencia entre lo que es un sistema de mando y otro de regulación. El primero está relacionado principalmente con procesos de manufactura, en los cuales, la repetición de secuencias es la característica fundamental.

El segundo tiene que ver con procesos en los que es necesario mantener constante el valor de una o más variables, como sucede en un sistema realimentado.

6.4.2. Importancia del control de procesos.

El incremento de los costos de operación demanda de los gerentes de las concentradoras, incrementar las ganancias mejorando la recuperación y la producción de la planta, a la vez disminuir los costos de operación. Un eficiente sistema de control de procesos es la mejor inversión en una operación de tratamiento de minerales, incrementando las recuperaciones metálicas, mejorando las leyes de los concentrados, reduciendo los costos de operación y mejorando en general la información gerencial del proceso.

El control de procesos ha sido responsable de notables avances en el incremento de la

productividad de las concentradoras y los sistemas de análisis en línea son probablemente las herramientas más importantes que han influenciado en la economía de las Concentradoras. Nunca más el operador de la planta tiene que trabajar a ciegas. La continuidad de la información de los ensayes proporcionados por el analizador en línea elimina el exceso entre el punto de medición y el punto de control, incrementándose así la confianza y cada decisión de control. En combinación con la actual generación de sistemas de control baratos y basados en microprocesadores, los sistemas de análisis en línea han revolucionado las operaciones de concentración, incrementando las ganancias y disminuido los costos. Aunque los costos pueden ser reducidos mejorando el control de los circuitos de chancado y molienda, el beneficio tangible de elevar la ganancia es la mejor explicación por que es que actualmente se está dando a la aplicación de control de procesos tanto a los circuitos de molienda como a los circuitos de flotación, la máxima prioridad en la inversión de capital en todo el mundo.

6.4.3. Elementos clave para el desarrollo de un proyecto efectivo de control

Estos son:

a) Conocimiento del Proceso. Requerido para desarrollar estrategias efectivas de control.

b) Objetivos Realistas. Los que son definidos en términos metalúrgicos precisos.


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c) Instrumentación Apropiada. Basada en objetivos metalúrgicos, amigabilidad, confiabilidad y robustez de un equipo particular para el ambiente duro encontrado en una Planta Concentradora.

d) Implementación. Formación de estrategias de control, diseño y configuración de los

lazos de control y entrega del sistema.

e) Entrenamiento del Staff. Metalurgistas de proceso, Ingenieros de mantenimiento, Operadores de Planta y Superintendentes o Gerentes de Planta.

6.4.4. Conceptos de control del sistema

Una vez que la Planta Concentradora ha sido diseñada y es capaz de una óptima performance,

debe desarrollarse un adecuado sistema de control para mantener a la Planta lo más cerca a su máxima eficiencia operativa. Un sistema de control no puede corregir una Planta mal diseñada. Un problema común que conduce a un pobre control es la falta de continuidad en la medición, o un excesivo tiempo entre el punto de medición y el punto de control, lo que resulta en una disminución de la confianza en cada decisión de control.

a) Objetivos Realistas

El aspecto más importante del diseño del sistema de control es seleccionar objetivos realistas. Un sistema que pretende alcanzar todo usualmente logrará muy poco. Los objetivos deben establecerse en las primeras etapas y deben ser capaces de ser claramente fijados.

b) Niveles de Control

Un sistema de control efectivo es diseñado en niveles, partiendo de un nivel básico de control hasta un control más complejo de tipo optimizante. Esencialmente hay tres niveles de control en los actuales sistemas de control:

Control Básico. Es definido como el control de lazo simple consistente en un dispositivo como un flowmeter, un algoritmo de control (por ejemplo un controlador PID) y un actuador como una válvula de control. El control básico contiene las variables del proceso (tales como el tipo de agua) estables a un nivel prefijado (el punto de referencia o set point).

Control Estabilizante. Actúa sobre el control básico cambiando su set point. Lo que busca es mantener el proceso en balance, y asegurar que la función metalúrgica de cada estado del proceso es lograda. Este es el nivel de control que ejecuta un operador del proceso en planta bien manejadas operando bajo control manual. Cuando el set point es determinado por otro controlador se llama control en cascada. Cuando el set point es calculado por un computador es frecuentemente conocido como control supervisado.

Control Optimizante. Es para operar el proceso a su nivel óptimo, maximizando algún criterio económico. En plantas operadas manualmente este nivel de control es aplicado por el staff de metalurgistas y la gerencia de la Planta, cuando ellos establecen metas diarias, semanales y mensuales.

Estos tres niveles de control pueden ser unidos de tal manera que los niveles más bajos puedan

seguir operando cuando los más altos dejan de hacerlo. Etapas de Desarrollo Las mejoras en el control de procesos de la Planta Concentradora usualmente son implementadas por etapas:

Instalación del instrumento de medición y los lazos básicos de control.

Desarrollo de una practica operativa utilizando el máximo de la información de línea generada por la instrumentación instalada.


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Introducción de mayores niveles de control, como lazos estabilizantes, donde estos puedan trabajar mejor que el operador o cuando la carga de trabajo se hace excesiva.

Desarrollo posterior de las prácticas de operación para probar control optimizante de la planta.

Tabla 3.1: Etapas para el desarrollo de un sistema de control de procesos

Nivel

Control

Naturaleza Requerimientos

Aplicaciones Típicas

Molienda Flotación

1 Hardware Básico de

Control

Instrumentación de Campo y

sistema de Control

Control de nivel

Sumidero bomba de

alimento a ciclón

Adición

reactivos

2 Control

Estabilizante

Estudio Planta e Implementa

Lazos de Control

Control de carga

circulante

Control de ley

concentrados

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Control

Optimizante

Estudio Detallado de Planta para

determinar estrategias complejas

de control

Optimizar tamaño

y tonelaje

Optimizar

ganancia

6.4.5 Requerimientos de los Sistemas de Control

Ningún sistema de control es posible sin la justificación inicial y aprobación del gasto y el soporte técnico y humano para la realización de un concepto en un sistema trabajando. Estos factores han sido siempre necesarios desde el inicio del trabajo de control y seguirá siendo relevante en el futuro.

6.4.6 Justificación de un Sistema de Control

Debe reconocerse que el control automático no es esencial para operar la mayoría de los

procesos de tratamiento de minerales actualmente en operación. El chancado, la molienda y los circuitos de flotación han funcionado por décadas bajo control manual, frecuentemente con una mínima instrumentación. Sin embargo, la práctica globalizada nos conlleva a la justificación de un sistema de control, el cual está usualmente basada en la:

Mejor utilización de las oportunidades del proceso (p.e. mineral suave, medio duro, duro).

Mejora de la performance del proceso (eficiencia de las chancadoras, los molinos, clasificadores, etc.).

Reducción de los costos de operación (en potencia, labor, etc.).

A menos que los sistemas de control sean cuidadosamente planeados, y en particular, diseñados para lograr objetivos realistas relevantes para cada circuito en particular, es muy difícil lograr alcanzar los objetivos planeados. Por otro lado, un sistema bien diseñado y ejecutado podrá mejorar la eficiencia y reducir los costos de operación.

6.4.7. Aspectos Técnicos del Sistema de Control

Existe varios aspectos técnicos relevantes para el desarrollo de un sistema de control, los

cuales incluyen: Instrumentación

Software y hardware de control

Conocimiento del proceso

Técnicas y estrategias de control.

Los tres primeros ítems de la lista están fácilmente disponibles. Cada día operan nuevos instrumentos y computadoras, mientras que el conocimiento del proceso, esencial para el desarrollo de un buen sistema de control, continuará mejorando cada día.


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Sin embargo, las técnicas y estrategias más apropiadas de control son específicas para cada planta o proceso. Por ejemplo, la variabilidad de la dureza y la ley del mineral debe ser motivo de incentivo para desarrollar un sistema de control. 6.4.8 Factor Humano.

Un elemento importante es el factor humano que siempre es crítico y continua siendo importante en el trabajo de un sistema de control. Existe un fuerte requerimiento de personal especializado para desarrollar y mantener un sistema de control. Personal experto en la instalación y mantenimiento de instrumentos y sistemas de control ha sido siempre escasos en las minas, y esta escasez ha limitado el éxito del control automático en muchas ocasiones.

Ningún sistema de control es posible sin la participación de personal adecuado capaz de desarrollar y subsecuentemente poder modificar las estrategias de control. El mejor ingeniero para tales casos es el que a su vez es hábil en el proceso como en las técnicas de control, y esta es una rara combinación de habilidades. La demanda por estos ingenieros va en aumento, y el nivel al cual se desarrollan nuevos sistemas de control, dependen en mayor grado de la disponibilidad de tales personas. El entrenamiento continuo en nuevos desarrollos deberá asegurar su valiosa contribución futura.

6.5. LAZOS DE CONTROL.

Un lazo de control es un conjunto de elementos que permiten mantener controlada una variable de un proceso actuando en base al análisis del error con respecto a una referencia.

Los sistemas se clasifican de acuerdo al modelo en:

o Lineal-Lineal o Variante-Invariante o De tiempo continuo (análogo) o De tiempo discreto (digital) o Determinístico-Estocástico o Concentrado-Distribuido

y los sistemas de control pueden clasificarse en lazo abierto y lazo cerrado.

Cuando se quiere controlar un sistema, significa que se quiere influir sobre las variables de salida de interés, manipulando las variables de entrada necesarias, como se muestra en la figura 6.6.

Fig. 6.6. Lazo de control

6.5.1. Partes y componentes de un lazo de control.

Sensor

Transmisor

Posicionador de referencia

Controlador

Actuador


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Fig. 6.7. Lazo de control y sus componentes

6.5.2. Descripción de los elementos de un lazo de control. Sensor

Es el elemento que transforma la manifestación física de la variable controlada en otra que es apta de ser interpretada por el transmisor o directamente por el controlador. Transmisor

Elemento que recibe la señal no estandarizada, del sensor y la transforma en señal estandarizada que es apta de ser transmitida a distancia e interpretada por un controlador universal. Posicionador de Referencia

Set-point, puede ser local o remoto. Controlador

Su función es computar el error. En base al error, a la tendencia de este y a su historia, corrige la posición del elemento de control

para obtener el valor deseado de la variable controlada. Actuador

Es un elemento que interpreta las señales provenientes del controlador y posiciona el elemento de control.

6.5.3. Señales normalizadas

La señal de presión de aire está normalizada a nivel mundial y abarca un rango entre 3 a 15 psig. En las señales eléctricas, existen diferentes rangos que están normalizados dependiendo de su procedencia o fabricación. Los rangos que se encuentran con mayor frecuencia son de 1 a 5 volts y 0 a 10 volts en señales de tensión; y de 4 a 20 mA y 10 a 50 mA en señales de intensidad de corriente.

Para unificar la magnitud de todas las señales, se habla de porcentaje de éstas; correspondiendo el 0% a un extremo y el 100% al otro extremo del rango de la señal.

Con el fin de normalizar las señales de proceso integradas por los elementos sensores descritos en 6.5.2, se procede a incorporar elementos conversores de señal que entregan señales eléctricas en los rangos descritos (Volts, mV, mA). 6.5.4 Controlador de lazo.


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El controlador de lazo es un instrumento con comportamiento esencialmente dinámico. Se

entenderá que un elemento posee comportamiento dinámico cuando la variable de salida es función de las variable de entrada, pero con la intervención de la variable tiempo.

El controlador continuo más versátil de mayor uso es aquel que tiene un componente proporcional, un componente integral y una componente derivativa (PID).

Puede faltar algún o algunos de los componentes, encontrándose controladores

proporcionales (P), proporcionales integrados (PI), integrales puros (I), etc. El control automático, está asociado a un sistema de lazo cerrado. Su finalidad es poder

controlar la o las salidas del proceso incorporando la medición de éstas, su realimentación, comparación con referencias, procesamiento del error y generación de señal actuadora para controlar el proceso.

Normalmente la instrumentación asociada a un esquema de control industrial es normalizada,

esto es, las señales se normalizan. 6.5.5. Acción proporcional

La acción proporcional (P) es básica. Determina la ganancia estática del controlador, esto es, el número de veces en que el error se amplifica en la señal de control.

Mientras más pequeño es el rango proporcional, más rápido reacciona el sistema, pero

también se acerca al límite de la estabilidad. En consecuencia éste produce una señal de salida el cual es proporcional al error e.

Su nombre se deriva del hecho que la salida del controlador es proporcional a la diferencia

entre el set point y la variable medida, es la señal de error (e). La banda proporcional (BP) se define como el porcentaje de cambio de plena escala en la entrada requerida para cambiar la salida de 0 a 100%. La relación entre la entrada y salida está dada por la siguiente expresión:

MoeBP

CS

100. (6.1)

Donde: S.C = Salida del controlador. BP = Banda proporcional. e = Señal de error. Mo = Salida de error cero 6.5.6. Acción integral.

La acción integral (I) tiene por objeto cancelar el error de estado estacionario. Mientras más pequeña es la componente integral (Ti), más rápidamente se anula el error residual, pero también el sistema se hace más lento y está más cerca del límite de estabilidad. La salida del controlador integral, está constantemente cambiando mientras exista una desviación. La razón de cambio, depende no sólo de la del error sino también de su duración. El nombre de integración o integral se debe a su aproximada relación matemática con la señal de error. Está expresada por la siguiente expresión:

MoedtKiCS. (6.2)

Donde: S.C = Salida del controlador en un tiempo dado. Ki = Constante integrativa en repeticiones por minuto. e = Señal de error. t = Tiempo. Mo = Salida de error cero.

6.5.7. Acción derivativa


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La acción derivativa (D) es una acción anticipativa por lo que permite disminuir oscilaciones producidas por el comportamiento transiente del lazo cerrado. Con ella se consigue estabilizar y apurar la respuesta del sistema. A medida que aumenta Td el sistema se tranquiliza y se hace más rápido para responder. Sin embargo esto no se puede exagerar, pues mientras más grande es Td, con mayor frecuencia golpeará el actuador contra sus extremos aumentando el desgaste y acortando por lo tanto su vida. No es recomendable usar parte derivativa cuando la medición es muy ruidosa.

Tiene la siguiente expresión matemática.

Modt

deTdCS

. (6.3)

Si se combina estos tres modos de control, da origen al modo PID. Cada uno de estos modos

considera la evolución de la variable controlada en su pasado (modo I), en su valor presente (modo P) y en su probable valor futuro (modo D). Todos ellos ponderados en forma adecuada, permiten que la respuesta de la variable controlada a cambios de referencia o a perturbaciones, sea la adecuada. La ecuación matemática que describe este controlador es:

t

dt

tdeTddtte

Tite

BPtm

0

)()(

1)(

100)( (6.4)

6.5.8. Precisión de los componentes de un sistema de control.

Todo el equipo de control conectado a un lazo, debe tener precisión mejor que la exigida al sistema. Los canales de transmisión de señal deben estar libres de perturbaciones.

Ubicación del sensor: Es importante que el sensor capte una muestra representativa de la variable controlada. Esto depende en gran parte de la ubicación del sensor. 6.5.9. Elemento actuador

El actuador es también llamado “Elemento de Control Final”, está destinado a recibir la señal del controlador y a actuar de acuerdo a ella sobre la variable manipulada del proceso que se está controlando. En la gran mayoría de los casos el actuador es un posicionador, pero también puede ser otro elemento. 6.5.10. El actuador de válvula

La válvula junto con su posicionador es el elemento de control final más frecuente. El posicionador o actuador de la válvula puede ser hidráulico, eléctrico o neumático, siendo este último caso el más usado por su gran simplicidad.

Fig.6.8. Sistema de control

6.5.11. Modelos de plantas


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Para poder anticipar el ajuste correcto de los controladores, es necesario conocer el comportamiento de la planta o proceso que se está controlando. Este comportamiento se define ajustando los parámetros de un modelo matemático de manera que éste describa lo mejor posible dentro de un rango determinado el comportamiento del proceso real.

Determinar el modelo de una planta es un trabajo bastante difícil y normalmente el modelo se hace más complejo mientras mejor se desee describir la planta.

6.6. CONTROLADORES

En el nivel más bajo de un sistema de control distribuido, las unidades funcionales del sistema están distribuidas y puestas en el terreno, en la vecindad de la planta. Estas unidades constituyen subsistemas fuertemente autónomos, cuyo dominio de influencia se restringe a unos pocos puntos de medición o lazos de control. Por un lado tienen interfaz hacia la planta y por otro hacia el sistema. Se les puede llamar estaciones de terreno y sus objetivos principales, son :

a) Coleccionar y pre-procesar señales análogas y digitales. b) Monitorear y colocar los mensajes de alarmas y c) Realizar funciones de control de lazo abierto y cerrado. Para ello estas unidades están estructuradas modularmente y orientadas a un bus local. Para

un control delicado se usan los controladores digitales del tipo “Stand Alone”. Estos tienen capacidad de monitoreo y pueden ser programados o configurados desde un computador personal.

También pueden ser operados desde la consola en el panel frontal exterior, contienen funciones de control tales como PID, PID cascada, otros; y un manipulador manual/automático. Además tiene funciones programables usando módulos que pueden ser configurados parametrizados. Tienen comunicación serial para comunicar a un sistema Controlador Básico o Multifunción.

El controlador básico de un sistema es una estación de terreno orientada a bus con capacidad de manejar varios controladores individuales, cada uno de los cuales puede hacer uso de sus algoritmos computacionales. El controlador básico tiene un lenguaje especial de control, a través del cual se pueden programar elaboradas secuencias de control. También tiene un programa residente en memoria, para diagnóstico, que se usa para pruebas automáticas de funcionamiento de las funciones internas del controlador y para reportar los resultados al operador. 6.6.1. Controladores de proceso

El controlador de procesos es un equipo utilizado como controlador básico, dedicado a comunicar y controlar un grupo reducido de controladores de menor nivel, que realizan la acción de control propiamente tal. 6.6.2. Controladores de lógica programable (PLC).

El controlador de lógica programable PLC, está orientado al control dedicado y al nivel básico descrito anteriormente, ya que tiene incorporadas funciones para desarrollar lazos de control, comandar uno o más lazos de control, monitorear variables y comunicar a niveles superiores de la red de control. 6.6.3. Finalidad del controlador

El controlador es una unidad autónoma, apta para ambientes industriales tales como las operaciones unitarias de la conminución de minerales que se efectúa en una Planta Concentradora de sulfuros. Está protegida contra polvos, soporta vibraciones, variaciones de temperatura, variaciones de tensión, etc.

6.6.4. Opciones del controlador.


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Todos los controladores utilizados en control de procesos tienen opciones de configuración, de programación y de comunicación.

Configuración: Permite definir el tipo de control a realizar según la aplicación específica.

Puede ser un lazo cerrado de control (PID, PI, P), transmisión de señales, generar alarmas, etc.

Programación: Los controladores cuentan con un lenguaje especial de control que permite

programar las instrucciones definidas en la configuración.

Comunicación: La comunicación de datos en sistemas digitales distribuidos de control, es de vital importancia ya que permite que exista el sistema de control en tiempo real. La estructura típica, es:

1) nivel de terreno, 2) nivel de control de procesos, que contiene los algoritmos de control, 3) nivel supervisor, que contiene los algoritmos de control óptimo del

proceso y los modelos matemáticos del proceso; y 4) nivel de administración, para la planificación de la producción, control,

etc.

6.7. INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL.

Se llama “PLANTA” o “PROCESO” al dispositivo, maquinaria o proceso que se desea

controlar. La planta tiene una o más variables de salida que se desean mantener bajo control, las cuales se llamarán variables controladas; también tiene una o más variables de entrada por medio de las cuales se puede actuar sobre ella de manera de controlarla y se llamarán variables “manipuladas”.

Existen otras variables aleatorias que inciden en las variables controladas y que no se pueden

manipular, estas se llamarán “Perturbaciones”.

El conjunto de la planta y los accesorios destinados a medir, registrar y controlar las variables controladas, se llama “Sistema de Control” o “Instrumentación del Proceso”.

Se llama “Referencia” a los valores que tengan las variables controladas en cada instante. El

“Error” será la diferencia que existe entre la referencia y la variable controlada. Se llamará “Señal” a la magnitud física que se elige para representar y transmitir la

información del valor de una variable desde un punto a otro dentro de un sistema de control.

El objetivo de un Sistema de Control Industrial, metalúrgico en este caso, es:

Mejorar la calidad del producto

Dar mayor seguridad a la operación.

Seguridad al equipo y a la maquinaria

Disminuir el costo de producción.

Para lograr estos objetivos es necesario que se cumplan algunas condiciones:

Las variables controladas deben mantenerse dentro de un rango especificado (ejemplo, mantener presión de una caldera, porcentaje de sólidos en un molino, etc.).

Las variables controladas deben mantenerse dentro de un rango especificado, independiente de las perturbaciones.


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Contar con sistemas de alarmas que indiquen cuando algunas variables salen fuera de los rangos permisibles.

6.7.1. Señales de procesos más usuales

La señal de proceso se puede definir como una manifestación física que contiene una información que guarda relación biunívoca con una magnitud cualquiera, la cual se desea transmitir, procesar o indicar.

La manifestación física de la señal puede ser una temperatura, una presión hidráulica, una

presión neumática, una corriente eléctrica, un desplazamiento mecánico, etc.

La señal de corriente tiene la ventaja sobre aquella de tensión, que en largas distancias no influye la caída de tensión de la línea. 6.7.2. Tipos de señales usadas en instrumentación Señal continua

Se llama señal continua a una señal en que la manifestación física está siempre presente y su magnitud guarda relación directa o inversa con la magnitud de la variable que se desea transmitir. Se llama también señal análoga o analógica. Señal discreta

Se llama señal discreta a una señal que normalmente adopta dos o tres magnitudes fijas y se usan en controles de dos o tres posiciones. (ON - OFF). Se llama también señal digital. Señal digital

Se llama señal digital a una señal discreta de valores “1” y/o “0”. 6.7.3. Elementos sensores

El sensor es un elemento que transforma la manifestación física de la variable controlada en otra que es apta de ser interpretada por el transmisor o directamente por el controlador en caso de no existir éste. Sensores de presión

Algunos principios utilizados para medir presión:

Bourdón

Manómetro de émbolos

Fuelle

Membrana

Piezoeléctrico

Presión diferencial

Más utilizado: Bourdón Sensores de nivel

Métodos utilizados para medir nivel: o Por flotador o Por desplazamiento o Diferencia de presión (altura de carga) o Por peso


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o Capacitivo o Resistivo o Por radiación

Más utilizado: Diferencia de presión y flotador

Sensores de temperatura

Métodos utilizados para medir temperatura:

Sistema de bulbo lleno de fluido Bimetal Termopar (termocupla) Termómetro de resistencia (PT-100) Dilatación Radiación Más utilizado: Sistema de bulbo lleno

6.7.4. Medición de caudales de fluidos

Métodos empleados para medir caudales de líquidos y gases: Caudalímetros de altura de carga:

Rotámetro Caudalímetro de inducción Caudalímetro por ultrasonido Venturi Plato orificio Desplazamiento positivo Turbina Medidor de flujo por impacto Anemómetro de hilo caliente Medidor de Vortex Pitot Medidor de codo Más utilizado: Plato orificio

6.7.5. Métodos de medición del nivel

El nivel, como una variable de proceso, es una medición común tanto para el control como para la indicación. Se utilizan diferentes métodos y la selección de cualquiera de ellos está basada en muchos factores. Método del flotador

Es el método más simple de medición del nivel y hace uso de un flotador que esencialmente sigue al nivel en un recipiente cerrado o abierto. La posición del flotador se puede utilizar para detectar el nivel en un punto predeterminado acoplando magnéticamente el flotador a un interruptor de mercurio o a un interruptor de tipo miniatura. Método de desplazamiento

El método emplea un desplazador que se coloca de manera que esté totalmente inmerso cuando el nivel se encuentra en un punto máximo predeterminado.

La cantidad de fuerza que actúa sobre el desplazador es igual al peso del líquido desplazado.

Método de presión de la carga


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Este es un medio útil de medir el nivel cuando se utiliza un transmisor de presión para convertir la presión de la carga hidrostática en un estanque abierto en un nivel equivalente. Se puede utilizar la salida del transmisor como un control o indicación remota. Método del burbujeador de aire

Método de medición común para recipientes grandes de almacenamiento abiertos. El nivel se mide determinando la presión necesaria para forzar al aire u otro gas dentro del líquido, en un punto por debajo de su superficie. Método de capacitancia

La capacitancia entre dos cilindros concéntricos es una función directa del material dieléctrico entre los dos cilindros. Las mediciones de nivel se llevan a cabo utilizando una sonda (una placa del capacitor) y el estanque, que actúa como segunda placa. Conforme varía el nivel, la capacitancia varía linealmente y este cambio puede detectarse utilizando un puente excitado por medio de un oscilador de alta frecuencia. Para materiales no conductores, se puede utilizar una sonda sin aislar. Los materiales conductores requieren que la sonda esté recubierta por un aislador. Medición de la presión

La presión es una variable de proceso fundamental y su medición puede utilizarse directamente para controlar o para reducir otras mediciones, por ejemplo, el nivel, el flujo y la temperatura.

6.7.6. Métodos de medición de la temperatura

Sistemas de Relleno Térmico

La base de esta medición consiste en un bulbo conectado por medio de un capilar a un elemento

de tubo Bourdón C o helicoidal. El sistema se llena bajo presión, de manera que un aumento en la presión provoca un movimiento en el elemento helicoidal o tubo Bourdón. Este movimiento puede ser después eslabonado para que proporcione una indicación local, o a través de un transmisor, para una señal eléctrica o neumática.

Termopares

En años recientes estos sensores han adquirido mayor popularidad por que su empleo se ha incrementado en los instrumentos electrónicos. Básicamente, un termopar consiste en dos alambres de metal diferente, como el hierro y el metal constantan, unidos para producir una fuerza electromotriz (fem) térmica cuando las uniones están a temperaturas distintas. La medición o unión caliente es el extremo insertado en el medio donde se va a medir la temperatura. La referencia o unión fría es el extremo abierto que se conecta normalmente a las terminales del instrumento de medición. La fuerza electromotriz generada es función de la diferencia de temperaturas en la unión.

Detectores de Temperatura por Resistencia

El detector de temperatura por resistencia (RTD) se basa en el cambio de la conductividad eléctrica con la temperatura y consiste en una bobina de alambre, por ejemplo, de níquel o de platino. Se pueden lograr intervalos cubiertos tan bajos como 5 ºF (3 ºC) con el RTD de níquel y con una exactitud certificada de 0.1 ºF (0.06 ºC). El sensor puede ser construido con dos, tres o cuatro cables. En la mayoría de las aplicaciones industriales se utilizan sensores de dos o tres cables, en un puente de Wheatstone.

Termistores

Son resistores de óxido de metal que tienen coeficientes altos de temperatura (generalmente negativos), y su resistencia es una función de la temperatura absoluta. Se utilizan de una manera muy similar a los RTD. El coeficiente de temperatura grande los hace muy útiles para la medición de temperatura en un intervalo muy estrecho. El autocalentamiento es un problema que debe tomarse en


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cuenta cuando el flujo de corriente a través del sensor hace que la temperatura de éste sea mayor que la temperatura ambiente.

Aunque no se utilizan ampliamente en procesos ambientales, se ha extendido mucho la aplicación de los termistores en varios tipos de circuitos electrónicos, para la compensación de temperatura. La curva característica de resistencia-temperatura, tiende a ser claramente no lineal, y provoca un problema cuando se necesita intercambiar un sensor. 6.7.7. Medición del flujo

El objetivo principal de los sistemas de control industrial es balancear los flujos de material y energía en un proceso. El flujo es la variable más común del proceso. Las dos funciones más importantes de la instrumentación son la exactitud de la medición y el control. 6.8. CONTROL DE PROCESOS EN CIRCUITOS DE TRITURACIÓN-CRIBADO.

El control de procesos en la etapa de chancado, aún no está muy bien establecido. Así en el chancado primario se limita a alarmas de protección y mecanismos de arranque y paro. Por lo general se rastrean la presión y la temperatura de los cojinetes, la potencia consumida por la chancadora y el nivel de mineral en la cámara situado debajo de la chancadora y se ajustan niveles de paro automático, tal como se aprecia en la figura 6.9.

Fig. 6.9. Instrumentación para control de una chancadora primaria.

En la trituración secundaria y terciaria utilizando chancadoras de cono, existen varios objetivos posibles, dependiendo del objetivo de control, de la función de la etapa de chancado. Generalmente incluye uno de los siguientes:

1. Maximizar el tonelaje procesado a la vez que producir un producto más fino que un tamaño máximo especificado.


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2. Producir un producto tan fino como sea posible con un tonelaje de procesamiento constante.

En todos los casos, es de vital importancia la protección de la chancadora contra obstrucciones o sobrecarga. Hay tres variables que pueden manipularse en la operación normal de trituración:

El régimen de alimentación del mineral. El tamaño de partícula alimentada. La abertura de la chancadora.

El tonelaje máximo de procesamiento puede alcanzarse cuando se mantiene la chancadora

alimentada al máximo y por tanto mediante la detección del nivel en la cámara de chancado de la chancadora, puede ajustarse el régimen de alimentación para mantener esta condición. El tonelaje procesado por una chancadora aumenta al aumentar la energía que toma su motor. A los tonelajes más grandes aumenta también el consumo de energía por tonelada y se obtiene un producto más fino. Esto se ilustra en la figura 6.10.

Ajustador

v elocidad

Tolv a

de

f inos

Tolv a

Transductor

potencia

Controlador

de potencia

Selector de modo

de control

automatico

Alimentador

Fig. 6.10.Control del nivel de alimentación y potencia de la chancadora

Un sistema de control en cascada con mantenimiento del control de la velocidad o tasa de alimento mediante el modo realimentado de la balanza en la faja. Esto se ilustra en la figura 6.11. 6.8.1. Instrumentos utilizados en el circuito de chancado. La instrumentación empleada en los circuitos de chancado, incluyen entre otros los siguientes:

Detectores de nivel del mineral. Sensores de flujo de aceite. Instrumentos de medida de la potencia. Balanzas en las fajas transportadoras. Detectores de metal. Detectores de movimiento. Mecanismo de velocidad variable de las fajas transportadoras.


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Mecanismo de velocidad variable de los alimentadores. Detectores de atoros en el chute.

Ajustador

v elocidad

Tolv a

de

f inos

Tolv a

Transductor

potencia

Selector de modo

de control

automático

Alimentador

Transmisor

de peso

Controlador

de potencia

Controlador

de potencia

Sondas

Balanza

Fig. 6.11. Circuito de chancado con sistema de control en cascada.

6.9. CONTROL DE PROCESOS EN CIRCUITOS MOLIENDA-CLASIFICACIÓN

En un circuito de molienda, la molienda y la clasificación son interdependientes, por lo que

para fines de control el circuito completo debe tratarse como un solo proceso. Cuando los minerales de grano más grueso se agotan, se hace necesaria la explotación de minerales de grano más fino y complejos. La viabilidad de su tratamiento en las plantas de beneficio dependerá de su eficiencia por lo que los sistemas de control son indispensables.

Si un circuito debe ser controlado automáticamente tiene que ser posible detectar los cambios que se producen dentro del circuito o en las características del producto que sale del mismo, y ser posible compensar esos cambios con variaciones adecuadas en las variables controlables. La naturaleza abrasiva de las partículas de mineral y su tendencia a bloquear los conductos de muestreadores, formando depósitos inestables en las regiones de baja velocidad de fluido, suelen causar serios problemas en el desarrollo de los instrumentos de medición, problemas que sólo ahora están siendo resueltos.

Al desarrollar un sistema automático de control para un circuito de molienda, tienen que ser consideradas las siguientes cuestiones:

1. ¿Cuál es el objetivo a alcanzar?

2. ¿Cuáles son las variables que se pueden controlar?

3. ¿Qué instrumentos de medición pueden ser utilizados para detectar los cambios en el

trabajo del circuito?

4. ¿Cuáles tienen que ser las variables controlables alteradas para compensar estos

cambios?

5. ¿ Cuales son las estrategias y lazos de control a utilizar?

Un sistema de control está diseñado en capas desde las más simples de

control/estabilización hasta las capas más complejas de control optimizante.


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6.9.1. Objetivos de Control

Los objetivos de control para un circuito de molienda operando en circuito cerrado con hidrociclones son usualmente:

Máximo tonelaje a un tamaño de producto deseado, o tamaño de producto constante a

una alimentación deseada.

Mínimos derrames del molino.

Maximizar el tonelaje manteniendo la calidad de molienda dentro de los limites

específicos.

Mantener la estabilidad del proceso, corrigiendo las variables principalmente en las

características naturales del mineral, de manera que la calidad del producto sea lo más

constante posible.

Lograr que el molino y el clasificador operen lo más cerca posible del limite de su

capacidad.

Frecuentemente estos objetivos tienen que ser modificados de acuerdo con las condiciones

locales. Por ejemplo, cuando el circuito de concentración es el factor que limita la planta con respecto al promedio en peso del mineral que puede procesarse eficazmente, quizás sea necesario ajustar el caudal de alimentación a la planta para asegurase que la cantidad de mineral útil en la alimentación al circuito de flotación no exceda de este valor máximo. En este caso el caudal de alimentación al circuito de molienda puede variar independientemente de la dureza del mineral, o también el sistema de control puede además ser necesario para mantener la granulometría del producto constante o lo más próximo al valor requerido.

No es raro para un objetivo ser definido como inalcanzable físicamente hablando. Por ejemplo, la

función de granulometría constante del producto y máxima producción no pueden ser alcanzadas, pues se encuentran envueltos en dos contrasentidos, y uno tiene que sacrificarse en beneficio de otro. Así, si un circuito está trabajando a la máxima capacidad y el mineral se vuelve más duro, tiene que ser aceptada una granulometría del producto mas gruesa, hasta que la reducción en el caudal alimentación tenga efecto de forma que permita compensar la mayor dureza del mineral. De otra forma se producen sobrecargas y derrames. En este caso, la definición del objetivo debería incluir un informe concerniente al limite al cual un inconveniente puede ser admitido antes que se produzcan los dos.

Al definir el objetivo para un sistema de control, puede suponer que cuanto más exigentes sean

las especificaciones para el sistema más complejo y costoso será el mismo, y más grande será la plantilla técnica y profesional requerida para desarrollarlo y mantenerlo. Los sistemas de control pueden ser instalados en varios niveles de complejidad, llevando normalmente el incremento en la complejidad un aumento paralelo en el gasto y una mejora resultante en el control. Si pudiera determinarse la relación entre el gasto incrementado y la mejora también incrementada, seria posible decidir el nivel de control a instalarse, pero todo esto es un problema difícil.

Para un circuito de molienda por vía húmeda, los tres niveles de control a considerar son: 1. Controles locales en todas las entradas del mineral y admisiones de agua; 2. Accionamiento de velocidad variable en todas las bombas de los hidrociclones, siendo

estos controlados por detectores de nivel en los sumideros de las bombas; y 3. Control completo del tamaño de partícula y circuito basado en un ordenador digital. Un

nivel intermedio que realice el control granulométrico de las partículas utilizando un sistema analógico de ordenador seria ahora considerado anticuado.

Cualquier objetivo incluye el control de la alimentación al molino y las adiciones de agua al

circuito, y el control de la velocidad de la bomba de alimentación a los hidrociclones (sí la velocidad variable esta instalada). Para alcanzar estos objetivos, es necesario ser capaz de predecir (o medir):


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El tamaño del producto.

La carga circulante y la densidad de descarga del molino.

Las ecuaciones para estas predicciones pueden ser derivadas a partir de pruebas de planta. El

tamaño de producto puede ser medido directamente utilizando un medidor de tamaño de partículas o previsto, utilizando una base de datos del comportamiento del sistema. El establecimiento de la base de datos requerirá al menos de 3 a 6 meses de trabajo por los metalurgistas de la planta analizándose la información usando un simulador metalúrgico.

Una alternativa para el desarrollo de un modelo matemático, es utilizar un sensor de tamaño de

partículas en línea. Existe una variedad de estos dispositivos en el mercado. Ninguno de estos dispositivos son robustos y baratos y todos requieren un buen nivel de mantenimiento y constante calibración. La elección de un modelo matemático o medición directa dependerá mucho de la aplicación y la experiencia local.

Para definir el objetivo principal del sistema es importante entender las características de operación del circuito. Los factores que afectan la operación pueden ser clasificadas como perturbaciones, variables de diseño y variables de operación.

a) Perturbaciones

Las mayores perturbaciones están relacionadas con las características del mineral de alimentación, tales como dureza, distribución de tamaño y densidad. Aunque no directamente controlables, las perturbaciones deben ser identificadas y compensadas por algún esquema de control. b) Variables de Diseño

Las variables de diseño se relacionan con las características de los equipos utilizados. Las de mayor importancia son la velocidad del molino, el tamaño de medios de molienda y peso de la carga de bolas, las aberturas de la criba y los diámetros de ápex y vortex de los hidrociclones. Con excepción de la velocidad del molino, las variables de diseño no son utilizadas con propósitos de control y son solamente cambiadas para acomodarse a variaciones en el tiempo de las características del mineral. Algunos molinos tienen motores de velocidad variable permitiendo así manipular la velocidad en respuesta a cambios en las características del mineral.

c) Variables de Operación

Las variables de operación más importantes para responder a cambios de las características del mineral son el flujo de sólidos en la alimentación y el flujo de adición de agua al molino (es decir densidad de pulpa en la descarga del molino). En algunos casos se emplea como criterio de una operación optima la magnitud de la carga circulante.

Cambios en el flujo de alimentación afectan la carga interna del molino y, así, la potencia en el eje. Como una alta reducción suele asociarse a un máximo consumo de potencia, muchos operadores intentan maximizar la potencia en el eje, sujeta a las necesidades del circuito. Con minerales más blandos y/o mas finos, el circuito puede parecer sobre cargado a máxima potencia y se puede aceptar un nivel inferior de potencia como óptimo operacional. Sin embargo, esta afecta más rápidamente la potencia en el eje que el flujo de alimentación fresca de mineral, de modo que la densidad de pulpa en la descarga a menudo se mantiene constante. En muchas operaciones industriales el flujo de agua agregada al molino está en proporción directa con el flujo de alimento de mineral fresco, despreciando cualquier carga circulante.

El flujo de agua agregado al molino también se puede utilizar para eliminar los finos desde el molino cuando la alimentación es excesivamente fina, cuando los operadores intentan mantener constante la carga volumétrica del molino. La utilización del agua durante la operación influye sobre la capacidad de proceso óptimo, granulometría del producto y protección de los forros.


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Si la carga circulante se reduce a cero (circuito abierto) para minerales de características especificas (p.e. cuando hay formación de una gran cantidad de tamaños críticos), la capacidad de procesamiento y la potencia del eje aumentan en forma incontrolable. Eliminando abruptamente el reciclaje, el molino dispondrá de capacidad lo cual resulta en mayores tasas de alimentación, un ligero aumento en la masa interna y un gran centro de gravedad de la carga para producir una mayor potencia en el eje. Este esquema ha sido utilizado en Island Cooper por años (más recientemente en Similco, ex-similkameen) para mantener los objetivos de producción. Si se utilizan cribas nuevas como clasificadores, tales como en Highland Valley Cooper o en Afton Mines, las cargas circulantes son bajas (a menudo menores de 10%) con lo que la operación en circuito cerrado no es necesario. La decisión de operar en circuito abierto o cerrado depende sobre todo si el circuito de molienda secundaria es o no limitante, si el circuito de flotación tiene o no la capacidad suficiente para recibir el tonelaje de alimentación fresca. 6.9.2 Variables de Control

Las siguientes variables se miden continuamente en los circuitos de molienda con propósitos de control (algunas como variables manipulables para el control):

Potencia en el eje.

Presión hidrostática en los descansos.

Velocidad del molino.

Flujo de alimentación fresca de sólidos al molino.

Granulometría y % de sólidos de rebalse de hidrociclones.

Flujo y densidad de pulpa de alimentación a hidrociclones.

Nivel de cajón de bomba.

Flujo de agua al molino.

Distribución de tamaños de alimentación fresca.

Alarmas y sensores de sobre carga.

La tabla que se muestra nos indica algunas de las variables y los sensores empleados para

control de un circuito de molienda junto con sus usos correspondientes

Variable Sensor Utilización

Potencia en el eje Transformadores combinadas con

medidores de potencia

Lazos de control;

Medición de carga del molino

Presión en los descansos Balance electrónico de

fuerzas/transmisor

Lazos de control;

Medición de la carga del molino

Velocidad del Molino Tacómetro Lazos de control

Flujo de alimentación Pesómetros y motores de velocidad

variable

Lazos de control

Granulometría y % de sólidos

rebalse de hidrociclones

PSI 200 Outokumpu

PSM Autometrics

Lazos de control;

Control granulometría

Flujo de alimentación a

hidrociclones

Flujómetros magnético Lazos de control;


Nivel de cajón de bomba Densímetro nuclear Lazos de control;


Flujo de adición de agua Medidor nuclear;

Sensores de capacitancia;

Sensores ultrasónicos

Lazos de control;

Medición de rebalse

Ruidos del molino Monitor Militronics;

Monitor Hardinge

Alarmas de sobre carga

Granulometría de

alimentación fresca

PSD Autometrics Lazos de control


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Alarmas Gran variedad Advertencias; Detectores de emergencia

Las variables de control utilizadas para un circuito de molienda determinado dependen en parte si se utiliza una criba o hidrociclones para la clasificación del circuito cerrado con el molino. Las estrategias de control actuales varían con la complejidad del mineral. 6.9.3 Estrategias de Control

Es importante reconocer que cada circuito de molienda es diferente y que la instrumentación

necesaria y las estrategias de control difieran de circuito a circuito. Un sistema de control optimizante o supervisor para la molienda requiere de un período largo de desarrollo. Esto es parcialmente debido al tiempo requerido para obtener una base de datos adecuada del comportamiento del mineral y particularmente debido al tiempo requerido para la transferencia tecnológica a la operación (gerencia, operadores y técnicos) para que se sienta controlable con el sistema de control y su mantenimiento.

Las mediciones requeridas para la molienda pueden ser divididas en elementos esenciales y

deseables. Referidas a la figura 6.12.

Figura 6.12. Instrumentación

Esencial

Pesómetros de la faja de alimentación al molino

Adición de agua al suministro de bombas

Nivel de sumideros de bombas

Amperaje o potencia del molino

Caudal de alimentación a hidrociclones

Densidad de alimentación a hidrociclones

Deseable

Amperaje de la bomba de alimentación a hidrociclones

Velocidad de bomba de alimentación a hidrociclones

Tamaño de producto del rebose del hidrociclón

Control Outputs

Velocidad variable de alimentación

Adición de agua al molino

Adición de agua al sumidero

Velocidad de bomba de alimentación a hidrociclones.

Tolva

finos

FT

DT

FT

LT

PT

Molino de bolas

Hidrociclón

Alimentador

Adición de agua

para alimentación

a hidrociclón

Adición de

agua Molino

Wt


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La alimentación y los outputs de control indicados son suficientes para implementar una amplia gama de estrategias de control.

Estabilización

Mantener estable la alimentación, los caudales y el producto. Mantener estable las condiciones para la mejor operación de los hidrociclones.

6.9.3.1 Factores Técnicos. a) Control de Alimentación al Molino.

Un molino de bolas es esencialmente una constante fuente de adición de energía, de aquí un importante control de la adición de energía por unidad de material (p.e. reducción de tamaño) dado como la tasa de alimentación de mineral fresco. El control de alimentación requiere de un pesómetro de precisión.

Se utiliza un lazo de control para ajustar la tasa de alimentación a un punto de Referencia o Set point expresada en toneladas por hora. Cuando la dureza del mineral varia significativamente, el set point de la tasa de alimentación puede ser ajustado para producir el tamaño de producto requerido.

b) Medición de la Adición de Agua.

El flujo de pulpa al hidrociclón tiene un impacto importante en el tamaño de la clasificación.

De ahí, que estos flujos o caudales deben ser medidos utilizando un lazo de control de adición de agua y válvula para estabilizar los flujos.

c) Nivel de Sumidero/velocidad Variable de Bomba de Alimentación al Hidrociclón.

Las variaciones en la distribución del tamaño o dureza del mineral se reflejarán en la carga circulante del molino. Para actuar como un clasificador eficiente, el hidrociclón debe recibir una carga constante. Con grandes variaciones del mineral, puede ser necesario variar el número total de hidrociclones. Una bomba de velocidad fija no puede ajustarse a estas variaciones. Un sumidero de bombas sujeto a rebose tenderá a producir largas fluctuaciones en el tamaño del producto y consecuentemente malas recuperaciones.

Un volumen inadecuado de bombeo produce bajas presiones en los hidrociclones, una innecesaria carga circulante y una pobre clasificación, debido a la gran cantidad de productos que regresan al molino como underflow o arenas. Con una bomba de velocidad fija algunos esquemas de control varían la adición de agua para mantener el volumen. El cambio de la densidad de alimentación al hidrociclón cambiará el corte de éste conduciendo a un pobre control de tamaño del producto. Si el mineral valioso es susceptible a remolerse o “lamearse", el control inadecuado de la alimentación al hidrociclón causará problemas severos en la flotación si este fuera el caso.

d) Corriente o Potencia del Molino.

Esta medición provee una guía para determinar la carga de bolas y la condición de los forros del molino. La carga de bolas y el estado de los forros deben ser físicamente revisadas a intervalos de tiempo regulares.

6.9.4 Aplicación de los Sistemas de Control a los Circuitos de Molienda

Los sistemas de control que se han implementado en la industria minera-metalúrgica varían desde los más simples a muy complejos, dependiendo principalmente de las condiciones de costo-beneficio particulares.


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Políticas de Control

El problema fundamental que debe establecerse es la definición de la política de control por la cual debe incluirse el sistema de control. Es claro que el sistema de control debe mantener y conseguir la más alta eficiencia en la molienda. Sin embargo, no es tan claro ni más difícil establecer el mejor resultado entre el tamaño del producto y la producción. Esa relación no solamente varia de Planta a Planta, sino también dentro de la misma Planta cuando ocurre variaciones en la característica física del mineral, precios de los metales y otros factores. Una política simple de control, como la de mantener una producción constante o un tamaño de producto constante, es fácil de manejar, pero no necesariamente alcanzará los mejores resultados económicos para la Planta o a la Empresa.

La política de control no sólo debe ser definida, sino debe ser realizable por el sistema de control. La figura. 6.13 Ilustra la definición de una política de control realizable. Las tres líneas sólidas muestran las características del circuito de molienda cuando se muelen minerales duros (H), normales (N), y suaves (S). Para cada tipo de alimentación, el punto de operación yace en su respectiva curva de preparación asumiendo que la eficiencia de molienda es mantenida a su máximo, pero el punto de operación debe ser desplazado a lo largo de la curva mediante la acción del control.

La dureza es un parámetro que también significa que un mineral es más grueso o fino de lo

usual Las limitaciones propias del circuito (p.e. capacidad del hidrociclón) limitan del rango de

realización de los puntos de operación al área encerrada dentro de la “ventana de control” que se muestra en línea cortada. La base, o punto de operación referencial, se muestra por una cruz en la línea de operación normal.

Figura 6.13. Definición de una política de control realizable

La “línea de control” mostrada por una línea gruesa cortada, que pasa por el punto operativo

de regencia su pendiente gobierna la respuesta del sistema de control de las variaciones en la dureza o tamaño de la alimentación. La política de control es así prescrita en términos de los parámetros - la posición del punto de operación para la alimentación normal (especificado tanto por la producción o tamaño del producto), y la pendiente de la curva de tamaño o la “sensibilidad a la dureza” del punto de operación. Las políticas de tamaño constante de producto y producción constante pueden ser consideradas como casos extremos.

Los dos parámetros de control sólo pueden ser estimados a partir de factores externos al

circuito de molienda y a su sistema de control, por ejemplo, si la política de operación de la planta es la de maximizar la cantidad de metal en el concentrado, sin tomar en cuenta otros factores, y el suministro de mineral no es un limitante, entonces la recuperación del concentrado vs el tamaño de grano para diferentes durezas del mineral, es el único factor que requiere consideración.

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28

6.9.4.2 Medición del Tamaño del Producto El segundo problema crítico es la medición del tamaño del producto en el circuito de

molienda. Conceptualmente, la técnica más simple es basarse en la medición directa utilizando los monitores de tamaño de partícula disponibles. Una segunda manera es usar el clasificador final del circuito como sensor de tamaño, como lo propone el profesor A. J. Lynch, Director del Instituto Julius Kruttschnitt de Australia.

Para un hidrociclón, el punto de corte puede ser calculado a partir de la densidad de alimentación o del rebose y la presión de alimentación o caudal. En suma, si la repartición de los sólidos del hidrociclón (por ejemplo la carga circulante) es derivada a partir de mediciones en línea, es factible estimar el tamaño del producto usando un modelo. Una tercera modalidad es reestructurar el sistema de control sin una explícita medición o estimación en línea de tamaño del producto.

En este caso, el control de tamaño del producto se obtiene implementando interacciones

adecuadas en el sistema de control, por ejemplo, una variación en la densidad de alimentación al hidrociclón en base a la modificación de la tasa de alimentación al circuito, la cual puede ser afinada para lograr la política de control deseada. Esta forma, es de hecho, la más común, pues resulta ser la solución menos costosa. Sin embargo, la exactitud del control de tamaño del producto es sacrificada comparándola con la marginalidad de un sistema mas elaborado

6.9.4.3 Eficiencia de Molienda - Limitaciones

El tercer aspecto importante de un sistema de control es la maximización de una eficiencia de

molienda. Esto requiere que el tiempo de residencia de la pulpa en el molino, el cual es gobernado por el flujo a través de él, permanezca dentro de un rango óptimo; que la densidad de descarga de un molino, o más precisamente la fracción volumétrica de sólidos, se mantenga alta pero debajo del nivel donde la viscosidad de la pulpa empieza a reducir la eficiencia de la molienda; y que las arenas del hidrociclón sea compatible con la capacidad del apex, por lo que la densidad del hidrociclón permanecerá alta pero sin producirse el efecto “soga” en la salida.

6.9.4.4. Aspectos del Sistema de Control

Veamos una etapa de molienda en molino bolas-hidrociclón. La figura 6.13 muestra los lazos

básicos de sistema de control que deben implementarse.

Figura 6.13. Lazos de control básicos

Tasa de alimentación al molino

La alimentación al molino es medida con un Pesómetro. Un lazo PID acepta un Set point local y el Output del controlador varía la alimentación.

Tolva

finos

FT

DTFT

LT

PG

Molino de

bolas

Hidrociclon

Alimentador de

velocidad variable

Adicon de agua

a molino

Wt

P

I

D

P

I

D

PV

manual

SP

P

I

D

FTSP PV

CV

P

I

D

PVSP

control de velocidad de bomba

CV


29

Los lazos de adición de agua

La adición de agua es monitoreada y controlada en el chute del molino y en el sumidero de las bombas.

Nivel de sumideros de alimentación

En una bomba de velocidad fija, para mantener el nivel se varía la adición de agua. Sin embargo,

los sistemas de control basados en bombas de velocidad fija tienen severas desventajas en controlar el tamaño del producto y poca flexibilidad en la operación.

Mejor resultado se obtiene usando una bomba de velocidad variable. Como el control de la tasa

de alimentación al hidrociclón es variable importante (no es el nivel del sumidero) se debe utilizar un algoritmo de ganancia variable para permitir al sumidero absorber las fluctuaciones de corto plazo y mantener uniforme la alimentación al hidrociclón y el punto de corte del hidrociclón. 6.9.4.5 Control Supervisor

El control supervisor (figura 6.14) utiliza dos lazos de razón y un lazo PID con set point remoto

para conectar los lazos de control entre ellos. Los dos lazos de razón controlan la adición de agua al molino y al ciclón a partir de la alimentación del mineral. Esta estrategia controla la densidad de largo plazo del rebose del hidrociclón y aproximadamente controla la densidad de operación del molino.

La carga circulante del circuito molino-clasificador actúa como un detector de la dureza del

mineral. Esto es, un mineral más duro (grueso) genera una mayor carga circulante que requiere un producto más grueso o una reducción en la tasa de alimentación al molino. Lo inverso se aplica para el mineral más suave o más fino. Un lazo PID de respuesta lenta con set point manual y la carga circulante como la variable del proceso puede hacer variar la alimentación y automáticamente a variaciones en la dureza del mineral y también aprovechar la ventaja de un mineral más suave.

Esta estrategia es una mejora sustancial sobre la estrategia básica de control pero debido a la

respuesta de los hidrociclones a mayores alimentaciones, el circuito puede sobre reaccionar a los cambios en la dureza del mineral. Esto es, un mineral duro producirá un producto más fino y un mineral suave, un producto grueso. Más aún, el lazo del supervisor PID deberá reaccionar algo lento (para ser estable) y así perder oportunidades de corto plazo. Para evitar estos problemas se requerirá un sistema de control más sofisticado.

Figura 6.14. Control supervisor

Tolva

finos

FT

DTFT

LT

PG

Molino de

bolas

Hidrociclon

Alimentador de

velocidad variable

Adicon de agua

a molino

Wt

P

I

D

P

I

D

PV

manual

SP

P

I

D

FTSP1

PV

CV

P

I

D

PVSP2


CV

SP3 PVSP1

SP2

R

R

O/F Control de densidad

X

P

I

D

SPPV

MF

SP3

Control de

flujo masico

LEYENDA

FT: transmisor de f lujo

DT: transmosor de densidad

LT: Transmisor de nivel

SP: Set point

PV: Proceso variable

CV: Control de volumen

Wt: Pesómetro

PG: Pmedidor de presion

X: M ult ipler

M F: Flujo masico

R: Ratio

Ratio de

alimentacion

a molino


30

6.9.4.6 Control Optimizante El objetivo de control que es más útil para el proceso posterior, tal como la flotación o

lixiviación, es un producto cuyo tamaño produzca una razonable liberación del mineral. Ver la figura 6.15. Por lo tanto un controlador de optimización aceptará un set point de tamaño de producto. En la figura 6.15, el tamaño del producto es estimado a partir de un modelo matemático de la forma siguiente.

% objetivo de fineza (micrones) = a0 + a1 alimentación + a2 densidad alimentación ciclón + a3 caudal de

alimentación al ciclón.

Una alternativa para un molino de bolas es usar una técnica de monitoreo del tamaño de partículas. La adición de agua al ciclón sé varia para alcanzar un punto de corte constante o tamaño de producto. (Adicionalmente se puede añadir agua al rebose para mantener la densidad del producto).

La respuesta dinámica del circuito puede ser medida o matemáticamente modelada. En el caso más simple, un cambio promedio en la alimentación puede relacionarse a un cambio promedio en la carga circulante. Esto sólo puede ser una aproximación. Sin embargo, el cambio esperado en la carga circulante puede ser adicionado a la carga circulante medida tan pronto se presente un cambio promedio en la alimentación.

Este cambio esperado puede ser entonces disminuir con el tiempo de la misma manera como

el efecto actual de cambio. A esto se le llama compensación dinámica y hace el lazo de control de dureza actúe con mayor eficiencia.

La utilización de esta técnica puede generar ganancias de 5% a 10% en el tonelaje a la misma fineza del producto. Morrison y Freeman (1989) reportan un 7% de incremento con una sustancial reducción de la fluctuación en el tamaño del producto.

Figura 6.15. Lazo de Control Optimizante para una capacidad máxima a tamaño constante

Tolva

finos

FT

DTFT

LT

PG

Molino de

bolas

Hidrociclon

Alimentador de

velocidad variable

Adicon de agua

a molino

Wt

P

I

D

P

I

D

PV

manual

SP

P

I

D

FTSP PV

CV

P

I

D

PVSP


CV

FT1

FT2

DT

FT

Wt

SP1 SP2 SP3

Modelo de

tamaño+

compensación

dinámica

Setpoint

tamaño del producto

tamaño del

producto

calculado

U/F

Densidad

LEYENDA

FT: transmisor de f lujo

DT: transmosor de densidad

LT: Transmisor de nivel

SP: Set point

PV: Proceso variable

CV: Control de volumen

Wt: Pesómetro

PG: Pmedidor de presion

Ratio de

alimentacion

a molino


31

6.9.5. APLICACIÓN DE TÉCNICAS DE SIMULACIÓN 6.9.5.1 Estado Estable (steady state)

Simuladores precisos y exactos, pueden ser usados para definir los rangos requeridos de

operación para instrumentos y equipos de manejo de materiales. Se efectúa consiguiendo una simulación exacta de un tipo de mineral a partir de mediciones de mineral y parámetros de una base de datos desarrollada a partir de datos de prueba piloto o medición de circuitos en operación. as variables clave como tamaño de alimentación, dureza, tonelaje, pueden ser variados dentro de un rango adecuado para establecer los rangos operativos requeridos para hidrociclones, bombas, actuadores de la velocidad variable e instrumentos.

6.9.5.2 Simulación Dinámica

La simulación de estado estable, no toma en cuenta las perturbaciones que pueden producirse en el circuito. Esto es de menor importancia en circuitos de molienda y serio en los circuitos de chancado. La capacidad adecuada intermedia de compensación dentro del circuito de chancado debe instalarse para compensar estas perturbaciones y facilitar el control del sistema.

La simulación dinámica permite probar una gama de condiciones de tipo de mineral y estrategias de potenciales de control contra una simulación realista. Cuando más complejo el circuito, más valiosos son estos estudios. Si un simulador de tipo dinámico es conectado al sistema de control de procesos, la configuración propuesta de control puede ser verificada y probada en tiempo real, y puede también utilizarse para entrenar a los operadores aún antes que se concluya la instalación del sistema de control.

La experiencia general en la puesta en servicio de los sistemas de control es que la mitad de los problemas están en la configuración del sistema y la otra mitad en la instrumentación. La eliminación de la mitad de los problemas potenciales puede acelerar la puesta en el servicio de un sistema de control.

6.9.6 SISTEMAS DE CONTROL PARA MOLINO DE BOLAS E HIDROCICLÓN 6.9.6.1 Limitaciones Físicas de los Circuitos

Todo sistema de control para un circuito de molino de bolas-hidrociclón tiene que garantizar

que el circuito funcione en todo momento dentro de su capacidad física.

Puede ocurrir la sobrecarga o atasco en un circuito con molino de bolas de descarga por rebose-hidrociclón en las sigyuientes circunstancias .

1) En el hidrociclón, cuando el contenido de sólidos en la salida por el apex sobrepasa un valor que

es una función del tipo de mineral y su distribución granulométrica, causando atasco total o parcial en la boquilla de descarga.

2) En el molino de bolas, cuando el caudal en peso de sólidos a través del molino excede un valor

que es función del tamaño del molino y su velocidad, el contenido de sólidos de la pulpa, el tipo de mineral y su distribución granulométrica, y se produce la descarga del lastre de molienda con la pulpa. En el caso de molino de bolas de descarga por parrillas, la sobrecarga en el molino tiende a producir cuando el contenido de sólidos en la pulpa que entra al molino excede de un valor que es función del tipo del mineral y la granulometría, y la descarga a través de la parrilla se encuentra obstaculizada.

Muchos circuitos de molienda tienen limitaciones adicionales que existen por las condiciones

locales. Por ejemplo, el motor de una bomba de velocidad variable no puede ser lo suficientemente grande para absorber las puntas de producción en el caudal de la pulpa que entra en el tanque y existe por tal el peligro de que queme el motor si no existe en el sistema de control un limite de consumo máximo del motor frente a esta eventualidad.


32

Cuando se considere un sistema de control para un circuito, las limitaciones físicas de ese circuito tienen que ser tenidas en cuenta totalmente y ello tiene que ser reconocido en el sistema. La importancia del efecto de limitación de la producción del molino se pone de manifiesto por el hecho de que el rendimiento de los circuitos cerrados de molienda para eliminar el “sobre tamaño” del material producido tiende a incrementarse a medida que aumenta la carga circulante del molino hasta su máximo, justo antes del punto de sobrecarga.

Debe prestarse particular atención en la instalación de la bomba. Una bomba de velocidad fija significa que el volumen de pulpa alimentada al ciclón tiene que permanecer esencialmente constante, independientemente de si las necesidades metalúrgicas requieren o no un caudal variable. Una bomba de caudal variable significa que el caudal de la pulpa puede ser controlado de acuerdo a los requerimientos metalúrgicos y puede montarse un circuito de control separado entre el nivel en la tolva de la bomba y la velocidad de la misma, para asegurarse de que la bomba pueda hacer frente a las necesidades del caudal. Una bomba de velocidad fija puede imponer una seria restricción sobre la eficiencia de un sistema de control. Algunas de las alternativas que han sido propuestas para combinar la flexibilidad fija, comprenden:

Utilizar una válvula de control de la tubería de descarga de la bomba para reducir el caudal y

mantener el nivel requerido en el tanque de aspiración, Reciclar una porción del rebose del ciclón para mantener el nivel.

6.9.6.2 Sistemas de Control Basados en la Densidad de Alimentación al Clasificador.

El principio fundamental del sistema es el que cualquier cambio en las características del mineral de alimentación produzca un cambio en la carga circulante y en el nivel de la pulpa en el tanque de aspiración de la bomba. El nivel en la tolva se mide continuamente y se controla variando la cantidad de agua añadida al mismo; esto produce un cambio en la densidad de alimentación al ciclón. Este queda entonces controlado por el cambio en su caudal de alimentación. Ver figura.6.16.

Fig. 6.16. Lazo de control de la densidad de alimentación al clasificador

Estos sistemas responden bien en intervalos largos a los cambios en las características el

mineral pero tienen una pobre respuesta a corto plazo y en ese intervalo corto tienden acumularse en el producto todos los cambios que han ocurrido en la alimentación.

Esto puede ser observado considerando la respuesta del sistema a un incremento en la dureza

del mineral. Se muestra la naturaleza de la respuesta para una bomba de velocidad fija en la tolva de

Tolva

finos

Molino de

bolas

Hidrociclon

Alimentador de fajaFC FY

SC DC DT

LC

LT

A

B

SP

Agua

FT

Tolva

Bomba

LEYENDA

DC = Control de densidad

DT = Transmisor de densidad

FC = Control de flujo

FT = Transmisor de flujo

FY = Convertidor I/P

LC = Controlador de nivel

LT = Transmisor de nivel

SC = Controlador de velocidad

S.P. = Punto de regulacion

A = Control de nivel por agua

B = Control de densidad por el

caudal de nueva alimentacion


33

aspiración mediante aspiración de agua y una bomba de caudal variable con el nivel del tanque controlado por la velocidad de la bomba, como puede verse en la Fig.6.17

Fig. 6.17. Fig. 6.17. Lazos de control con bomba de velocidad variable.

Si se incrementa la dureza del mineral y el agua añadida al tanque permanece constante, y a condición de que sea utilizado en la bomba un accionamiento de velocidad variable controlado por la sonda de nivel en el tanque, la carga circulante, la densidad de alimentación al hidrociclón, y la proporción del producto grueso en el rebose del hidrociclón se incrementará firmemente. El control del retorno del caudal promedio de mineral de alimentación para compensar los cambios tendrá un resultado aceptable y firme en el comportamiento del circuito, aunque durante un corto periodo de tiempo se producirá un incremento en la granulometría. Sin embargo con un accionamiento de velocidad fija y control en el nivel del tanque con agua un incremento en la carga circulante da como resultado un descenso en el agua añadida hasta que tiene efecto un cambio del coeficiente de alimentación, debido al incremento en la densidad de la alimentación al hidrociclón. La reducción en el agua a medida que se incrementa la carga circulante es el método equivocado e incrementa el coeficiente de descarga de las partículas gruesas del circuito durante un intervalo corto. También se produciría fuertes oscilaciones perjudiciales.

Cualquier sistema de control para un circuito con un molino de bolas y un hidrociclón que incluya un accionamiento de la bomba con velocidad fija tendrá estas características perjudiciales de respuesta en el intervalo corto.

Deberá también tenerse en cuenta que cuando se utiliza un accionamiento de velocidad

variable, la bomba no restringe el volumen de la carga circulante y esta puede ser mantenida a un óptimo nivel sin consideración a las características de la bomba. Además el problema que se plantea concerniente a la variación en el coeficiente del caudal de una bomba de accionamiento de velocidad fija sobre el desgaste del rodete, con el consiguiente efecto sobre la capacidad del circuito, no se produce con el accionamiento de velocidad variable. 6.9.6.3 Sistemas de Control Basados en Sensores Granulométricos

Se han argumentadoDos tipos de sistemas de control , basados en la interferencia “en línea”

del tamaño de partículas. Hathaway (1972) ha descrito el funcionamiento de un dispositivo que relaciona la atenuación de una señal sónica durante su paso a través de un caudal fluyente de pulpa en razón directa a la granulometría de la misma y a puesto manifiesto que este dispositivo puede ser utilizado como un sensor primario para controlar el tamaño de partículas.

Lynch y sus colegas tomaron en consideración que cualquier cambio en las condiciones de

un circuito de molienda da como resultado un cambio en la carga circulante y en la granulometría del producto final. Consecuentemente, si el caudal en peso de mineral y agua en el flujo de alimentación

Tolva

finos

Molino de

bolas

Hidrociclon

Alimentador de faja

SC M C DT

LT

B

Agua

Tolva

Bomba

M Y

FT

SCM

LC

AA

C

LEYENDA

DT = Transmisor de densidad

FT = Transmisor de flujo

LC = Controlador de nivel

LT = Transmisor de nivel

MC = Controlador de caudal

MY = Relé computador del caudal

SC = Controlador de velocidad

A = Control de nivel por medio de la

velocidad de la bomba

B = Control de la crga circulante por el

caudal de nueva alimentacion

C = Adición constante de agua


34

al hidrociclón es monitorizada continuamente y se observa un cambio, y si se conoce lo suficiente sobre el comportamiento del hidrociclón, debería ser posible inferir la naturaleza y la magnitud del cambio resultante en la granulometría del producto, sobre la gama limitada de condiciones encontradas en marcha normal.

Una razón para la elección de un detector o sensor de tamaño de partículas fue la de que el control de un circuito de molienda lleva consigo no sólo el control de la granulometría del producto final, sino también la monitorización continua de las condiciones del circuito para asegurar que los valores límites de las variables físicas críticas, en particular la carga circulante y el contenido de sólidos en la salida por el ápex del hidrociclón, no son rebasados. Un sensor de tamaño separado no proporciona información sobre las condiciones operativas del circuito, sino solamente sobre el tamaño de las partículas y se requiere un sistema de medición de caudal en peso en la línea de alimentación al hidrociclón para proporcionar esta información adicional. Sin embargo, un pronosticador de tamaño basado en el sistema de medición del caudal en peso, proporciona información sobre la granulometría, y también sobre las condiciones del circuito en términos del caudal en peso a través del molino y contenido de sólidos en el flujo de arrastre grueso de clasificador. Idealmente tanto un sistema de medición granulométrica como otro de medición del caudal deberían ser utilizados, pero económicamente no hay duda que no procede utilizar ambos conjuntos de instrumentos, sino solo uno de ellos puede estar en trabajo.

La utilización del hidrociclón como un detector granulométrico se encontraba basado en los siguientes razonamientos (Lynch 1967):

1) El d50 calculado (c) del trabajo del hidrociclón está muy estrechamente relacionado con la

m-200 en el rebose del ciclón. 2) Para un hidrociclón de un circuito en marcha el d50 calculado puede ser calculado “en

línea” a partir de una ecuación. 3) El hidrociclón responde inmediatamente a un cambio en las condiciones de alimentación

de forma que detecta un cambio en las condiciones propias inmediatamente. Este método de predicción en línea de la granulometría ha sido utilizado con éxito en varios sistemas de control en molienda.

6.9.6.4 Sistemas de Control General

El control de un circuito de molienda requiere:

1) Control de tamaño del producto final de acuerdo con alguna especificación requerida. 2) Monitorización de los flujos del circuito para asegurarse de que los valores límites de las

variables físicas no son sobrepasados.

Las características particulares de un circuito operativo con molino de bolas y un hidrociclón a tener en consideración para el desarrollo de un sistema total de control son:

1) Para condiciones de entrada estable cuanto más alta es la carga circulante más fino será

el producto del circuito a condición de que el incremento en la carga se obtenga eliminando del circuito las partículas más gruesas;

2) Esta mejoría continúa hasta que se llega al punto de sobrecarga, en cuyo punto el circuito se vuelve inoperable.

3) Cualquier alteración en el proceso se refleja en cambios en las condiciones de alimentación al hidrociclón, la carga circulante y la granulometría del producto.

4) La finalidad de un sistema de control es detectar cuando se produce una alteración y proceder a su corrección y a su compensación.

Un sistema de control total para un circuito cerrado de molienda necesariamente deberá:

1) Estabilizar y evitar los cambios rápidos en los flujos del circuito dado que estos cambios se

transmiten rápidamente en el producto y van acompañados por cambios en la distribución granulométrica del mismo. Asegurar que las condiciones límites del trabajo del circuito no sean rebasadas y en muchos casos, asegurar que el circuito funcione lo más próximo posible a estas condiciones establecidas.


35

2) Mantener la distribución granulométrica del producto lo más próxima posible al punto de regulación establecida.

3) Controlar el caudal de nueva alimentación, de forma que se alcance el objetivo requerido tal como un caudal constante de alimentación o un máximo.

6.9.6.5 Control de Una Bomba de Velocidad Variable en un Circuito con Molino de Bolas-

Hidrociclón. Las razones para usar una bomba de velocidad variable son: 1) Acabar con las fluctuaciones en la carga circulante que acompaña a cada alteración en el

trabajo del circuito.

2) Eliminar cualquier limitación que pudiera encontrarse en el comportamiento del circuito, debido a la imposibilidad de la bomba en manipular los caudales requeridos.

La instrumentación incorrecta de un circuito con control de nivel y velocidad puede causar

continuos cambios abruptos en la velocidad de la bomba, al caudal volumétrico, a los hidrociclones y a la distribución granulométrica del rebose del hidrociclón. Así un sistema de control encaminado mantiene un nivel determinado en un tanque de aspiración de bomba con un simple circuito nivel-velocidad, Utilizando la acción de control proporcional más la integral para asegurar el retorno al punto de regulación pre-establecido en un mínimo tiempo después de la alteración, proporcionara un buen rendimiento tanto al comienzo como al cabo de un tiempo, pero con rendimiento pobre a intervalo corto. La razón es que esto responde a los cambios de alta frecuencia en el nivel, los cuales son inducidos por el sistema de detección y control, y a los cambios de baja frecuencia, que se deben a cambios en el tipo de mineral y son cambios importantes. Se encontró que aunque las alteraciones en la entrada eran esencialmente fortuitas, este tipo de circuito de control de nivel reaccionaba de forma cíclica respondiendo los cambios con una frecuencia predominante de aproximadamente 0.5 ciclos por minuto.

Por tanto las variaciones en la velocidad de la bomba de alimentación al ciclón contenían componentes cíclicos como fortuitos.

La teoría de control de nivel a sido expuesta con cierto detalle por Buckley (1964). En sus

términos, el circuito de control debería ser un sistema de “balance de materiales” que responda solamente a alteraciones de baja frecuencia. Con este objetivo corregido la acción proporcional mas la integral puede ser reemplazada por la acción proporcional solamente. En esta situación el nivel operativo real se determina por la producción y las fluctuaciones en la entrada son en cierto modo absorbidas por los cambios de nivel en la tolva de la bomba. Una reducción significativa en el “ruido” del flujo de alimentación al ciclón se consigue trabajando al mas bajo valor de la mejora proporcional, consistente en editar extremos de nivel bajo condiciones transitorias.

Una mayor mejora lleva consigo una depuración de los componentes de alta frecuencia desde un circuito de forma que no intente contar los cambios transitorios por el ajuste de la velocidad de la bomba. Bajo estas circunstancias la tolva de la bomba absorbe las fluctuaciones de alta frecuencia en la entrada mediante cambios de nivel.

Un método alternativo de control de bomba con accionamiento de velocidad variable, que

resulta mejor que el sistema de control proporcional de baja crecida mencionado mas arriba, es el de utilizar un sistema de nivel de flujo. En este sistema de punto de regulación de caudal volumétrico de alimentación al ciclón se determina por el nivel en el tanque de aspiración, y el accionamiento de la velocidad variable es controlado para proporcionar este punto de regulación. Esto elimina los problemas debidos a la dinámica del sistema de accionamiento, y reduce considerablemente las variaciones de alta frecuencia. 6.9.7 CASO REAL APLICADO DE SISTEMA DE SUPERVISOR EN MOLIENDA

El sistema de control y supervisión de molienda se conoce como PROSCON 2100, sus softwares asociados son “Cimplicity” y “Logimaster 90-70” y como hardware un PLC General Electric. PROSCON 2100 permite operar en tres modalidades y por medio de cuatro lazos de control.


36

El diagrama de proceso e instrumentación se presenta en la figura 6.18 y sus principales modalidades de operación y lazos de control se mencionan a continuación. 6.9.7.1 Modalidades de Operación en el sistema de control.

Las principales modalidades de operación disponibles en el sistema de control se mencionan a continuación:

El sistema de control Remoto-Automático considera la operación de los molinos a partir

del PLC, sin intervención del personal y en los rangos nominales para todas las variables, es decir, las variables independientes oscilan en torno a los valores denominados set point.

El sistema de control remoto-Manual considera la operación de los molinos a partir del

PLC, pero el rango de operación de las variables independientes las ingresa personal de operaciones.

El sistema de control Local-Manual considera la operación de los molinos a partir de los

tableros de control ubicados en terreno, el rango de operación de las variables independientes definidas por el personal de operaciones y no contempla la intervención del PLC.

En la general se utiliza el sistema de control remoto-automático tanto en las puestas en

marcha como en la operación del molino, el sistema remoto-manual se utiliza en las puestas en marcha para disminuir el régimen transciende y el sistema local-manual en operación o puestas en marcha cuando existe una perturbación en el sistema ya sean problemas de comunicación entre los circuitos electrónicos o problemas de tipo mecánico de los equipos. 6.9.7.2 Lazos de control de molienda

Alimentación de mineral al molino de bolas

Flujo de agua de adición

Alimentación de pulpa a hidrociclones

Granulometría de pulpa final del circuito Los lazos de control básicamente se pueden en cuatro tipos, los cuales se describen a continuación.

Alimentación de Mineral al molino de bolas. Este lazo de control tiene como objetivo estabilizar el flujo másico de mineral al molino a un valor definido (set point).

El lazo requiere de un set point de flujo másico como variable respuesta, luego el PLC el valor

instantáneo y dependiendo de éste actúa sobre la lógica de control del alimentador, modificando su velocidad hasta alcanzar el valor solicitado.

Flujo de Agua de adición. Este lazo de control tiene como objetivo mantener un porcentaje de sólidos en peso de la pulpa constante en el interior del molino.

Este lazo de control requiere de un set point como variable de respuesta que es la razón entre el

flujo volumétrico de agua, y el flujo másico de mineral, luego el PLC calcula el flujo de agua requerida de acuerdo al mineral, chequea el valor instantáneo y dependiendo de este actúa sobre la lógica de la válvula de control, modificando su abertura hasta alcanzar el valor solicitado. Alimentación de pulpa a hidrociclones. Este lazo de control tiene a su vez asociados dos lazos, el primer lazo controla el nivel del cajón de la bomba de clasificación y el segundo la densidad de pulpa.

El objetivo del primer lazo de control es mantener un nivel de llenado constante en el cajón de la bomba y el segundo mantener una densidad de pulpa que permita una eficiente clasificación en los hidrociclones.


37

El primer lazo de control requiere un set point de nivel de llenado como variable de respuesta, luego el PLC chequea el nivel instantáneo y dependiendo de este, actúa sobre la lógica del control de bomba modificando la velocidad del motor de ésta hasta alcanzar el valor solicitado.

El segundo lazo de control requiere un set point de densidad de pulpa como variable de respuesta, luego el PLC chequea el valor instantáneo y dependiendo de éste, actúa sobre la lógica de la válvula de control de agua de dilución modificando su abertura hasta alcanzar el valor solicitado.

Granulometría de pulpa final del circuito de molienda-clasificación. Este lazo de control tiene como objetivo mantener una granulometría constante de alimentación al circuito de flotación.

Este lazo requiere de un set point de granulometría como variable de respuesta, luego el PLC

chequea el valor instantáneo y dependiendo de este actúa sobre la lógica de control del alimentador, modificando el flujo másico de mineral alimentado al molino hasta alcanzar el valor solicitado.

Fig. 6.18.Sistema supervisor en molienda

6.10 CONTROL DEL PROCESO EN MOLIENDA SAG 6.10.1 Esquemas habituales de instrumentación y control SAG

La molienda semi-autógena requiere sistemas de control mucho más complejos que la molienda convencional debido a sus características dinámicas.

Habitualmente se persiguen tres objetivos básicos de operación en cualquier circuito de molienda semi-autógena:

Máximo tonelaje. (máxima utilización de potencia disponible) .Si el circuito de molienda no es operado a su capacidad máxima, el beneficio total del capital invertido en el equipo no se obtiene.

El producto del circuito de molienda debe ser tan fino como sea requerido para un tonelaje dado. La necesidad del control de tamaño de partículas está relacionada con el objetivo mismo del proceso de molienda.


38

Mantención de la operación en una región estable. Sin embargo, el desempeño del circuito de molienda es un compromiso entre el tamaño de

partículas del producto final y el tonelaje tratado. Por lo tanto, el circuito de molienda y sistema de control deberán ser lo suficientemente flexibles para permitir un constante ajuste, que mantenga la operación en el punto óptimo.

Para lograr un comportamiento óptimo en molienda semi-autógena, se deben considerar los siguientes aspectos:

La distribución de tamaño de partículas de la alimentación al molino SAG es un factor crítico en la eficiencia de la molienda porque el componente grueso del mineral actúa como medio de molienda.

El nivel de carga del molino debe ser mantenido en un nivel óptimo para lograr una molienda

con eficiencia máxima. Cualquier desviación de este nivel óptimo redunda en un tonelaje reducido y/o un producto más grueso.

El mineral que ha sido reducido al tamaño requerido debe ser removido eficientemente del

circuito de molienda. 6.10.2 Aspectos relevantes para el control de proceso

Cuando se analiza el control automático de un circuito de molienda semi-autógena, deben considerarse tres aspectos como objetivos importantes del sistema de control. Estos son: Distribución de tamaños alimentación molino SAG.

La molienda semi-autógena, más que la molienda tradicional, requiere una correcta distribución de tamaño de la alimentación al molino. Un operador experimentado podría usar la observación visual y el comportamiento de las características más importantes del molino, para estimar si la alimentación del molino tiene una distribución de tamaño correcta. Sin embargo, este método es sólo una buena aproximación y el uso de mediciones indirectas nunca podrá reemplazar la información más exacta y más rápida, disponible a partir de una medición directa.

Por lo tanto, analizando la relación entre distribución de tamaño del mineral de alimentación al

molino y el tonelaje tratado por el molino, es posible determinar una estrategia de control usando indistintamente control feedback o feedforward. Por ejemplo, puede usarse la medición de tamaños del producto del chancado para obtener un lazo cerrado de control en la etapa de chancado. Esto podría permitir controlar al valor de tamaño deseado (set-point) y aseguraría que la alimentación del molino tenga una distribución de tamaños adecuados. El set point del tamaño debería ser ajustado para obtener un tonelaje tratado máximo.

Sin embargo, este no es el único requerimiento de control para maximizar el tonelaje. En muchos casos, las limitaciones del equipo de chancado impiden un lazo de control cerrado, y en estos casos la información del tamaño del producto del chancado debería ser aplicado como una medición feed forward al sistema de control del circuito de molienda. Esta medición debería proveer información al sistema de control, acerca de cambios en el tamaño de alimentación y el sistema de control debería estar diseñado para tomar una acción anticipativa. Nivel de carga del molino

El nivel de carga del molino puede ser medido en forma indirecta: el consumo de potencia del

motor y la presión en los descansos del molino pueden ser relacionados con el nivel de carga. Sin embargo, la selección del nivel óptimo de carga es muy dificultosa por muchos otros factores (como la distribución de tamaños de alimentación, por ejemplo). También se ha demostrado que la máxima energía es aportada al proceso de molienda, cuando el molino está operando con la potencia máxima del motor, pero debido a la influencia de otras variables (distribución de tamaños alimentación, densidad, etc.) el consumo máximo de potencia no es siempre el mismo. Por lo tanto, la operación correcta del molino es una situación muy dinámica, en la cual el punto de potencia máxima debe ser continuamente actualizado.


39

La medición de potencia consumida es usada como una medida indirecta del nivel de carga del molino, pero esto no es efectivo en algunas situaciones,: el molino sobrecargado, por ejemplo. Si además, consideramos la medición de peso del molino o presión en los descansos del molino, podemos eliminar la inconsistencia de la información entregada por la potencia consumida. Usando adecuadamente estas medidas en un sistema de control inteligente, se puede obtener la función de control deseada y se pueden implementar diferentes acciones de control para diferentes condiciones de operación. Material fino removido del circuito de molienda

Las características del producto de la etapa de chancado, determinarán la acción del circuito de molienda. El grado de molienda y el tonelaje del molino están fuertemente relacionados, de tal manera que cualquier sistema debería ser una combinación de controles que considere estos dos parámetros. Además, si se usa control de tamaño de partículas, la eficiencia global del circuito de molienda mejorará. Por implementación del control de tamaño de partículas, la distribución de tamaños del producto final se selecciona al valor deseado, pero los otros lazos de control deben ajustar el tonelaje tratado para mantener la eficiencia del molino. Por ejemplo, si el, tamaño de partículas del producto final llega a ser muy fino, el lazo de control llevará el tamaño hasta la referencia deseada, con lo que el material recirculado se reducirá y si el tonelaje fresco de alimentación no es incrementado la carga del molino comenzará a bajar. 6.10.3 FUNDAMENTACIÓN DEL CONTROL EN MOLIENDA SAG.

Los circuitos de molienda semi-autógena, son difíciles de controlar debido a la naturaleza dinámica de esta operación. El control automático puede ser implementado si todos los elementos del circuito están funcionando correctamente, la instrumentación adecuada está instalada para medir los parámetros más importantes del circuito de molienda y se utilizan controladores con capacidad de manejo de funciones complejas, para implementar las acciones de control requeridas. Cuando los parámetros no son controlados, o los parámetros controlados exceden su rango de operación normal, se debe instalar, un set de alarmas para ayudar al operador para resolver los problemas. Finalmente, el aspecto más importante para el éxito de un proyecto de control de procesos, es una adecuada planificación, diseño e implementación del sistema. Para este objetivo es esencial que los datos de operación sean recopilados con anterioridad para detectar la instrumentación requerida y verificar la respuesta del circuito de molienda a los cambios de los distintos parámetros. Esto permitirá seleccionar y probar distintas estrategias de control, antes de decidir la estrategia final.

6.10.4. INSTRUMENTACIÓN DEL PROCESO

En este capítulo se entregan antecedentes de la instrumentación diseñada para cada etapa de molienda. Almacenamiento, extracción de cargas desde stock pile

Esquema de alimentación desde stockpile

60.000 t de capacidad vivas


hacia SAG 1


hacia SAG 2

Chute de alimentación


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La carga se retira del stock pile mediante chutes. La línea de descarga tiene instalada en el trayecto un sensor nuclear de nivel de carga en el chute.

Instrumentación en la faja alimentadora Para el chute

LX : Sensor de nivel de carga (sensor nuclear) LE : Sensor de bajo nivel de carga LCL : Controlador de bajo nivel de carga I : Interlock (detiene la correa cuando el nivel de carga en el chute es bajo LAL : Alarma de nivel bajo de chute

Para la faja transportadora. SE : Sensor de velocidad (velocidad cero o correa detenida) SCL : Controlador de velocidad baja HC : Control manual (pull cord) HA : Actuador del pull cord ZSH : Sensor de posición (actúa con pullcord) ZCHH : Control de posición (actúa con pullcord) ZAH : Alarma de posición(actúa con pullcord)

ZAHH : Alarmas de posición(actúa con pullcord)

6.10.4.1. Controles en faja alimentadora al molino SAG. Instrumentación de correa de alimentación a un Molino SAG

Control de

velocidad

ZCLL

WCLWQL

WE

WY

ZSL

LAH

LSH

WIC

ZAL

DETECTOR DE

CHUTE TAPADO

LE

SE

ST

SCL

AI

AE

AIT

XC

Control de

tonelaje

Control de tensión

de la correa

Detector de

correa rasgada

Control de tamaño

de partículas

XA


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La faja transportadora de alimentación al molino tiene la siguiente instrumentación:

Control de velocidad cero

Detector de correa rasgada

Control de tonelaje (pesométrica)

Control de tensión de correa

Control de chute obstruido

Control de tamaño de partículas

Elementos en control de velocidad

SE : Sensor de velocidad cero

SCL : Control de velocidad baja

ST : Transmisor de velocidad

SAL : Alarma de velocidad baja

I : Interlock

Detector de correa rasgada Elementos de instrumentación

XC : Elemento de control

XA : Alarma activada

I : Interlock

Control de tonelaje Elementos de instrumentación

WE : Elemento de medición de flujo

WY : Calcula con medición de velocidad ST (ST=transmisor de velocidad)

WQIT : Transmisor de diferencial de flujo

WQI : Indicador de diferencial de flujo

WCL : Control de flujo bajo

WIC : Controlador indicador de flujo Control de tensión de correa Elementos de instrumentación

ZSL : Switch de posición bajo

ZCLL : Control de posición bajo bajo

ZAL : Alarma de posición bajo

Control de chute obstruido Elementos de instrumentación

LE : Elemento sensor


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LSH : Switch de nivel bajo

LAH : Alarma de nivel bajo

I : Interlock Control de tamaño de partículas Elementos de instrumentación

AE : Elemento sensor AIT : Transmisor indicador AI : Indicador

Se destaca que todas estas señales son monitoreadas y controladas en DCS de sala de control.

6.10.4.2. Instrumentación en molienda SAG

Los controles asociados a los flujos en el molino SAG son:

Adición de lechada de cal Agua recuperada en la alimentación Agua recuperada en duchas de trommel

Adición de lechada de cal

Cada molino dispone de una línea alternativa sin instrumentación.

El flujo de lechada de cal es controlado por la salida del controlador de pH instalado en el cajón distribuidor de la flotación. Se trata de una válvula pinch que opera por pulsos.

Elementos de instrumentación

AV : Válvula de flujo (válvula pinch) AY : Regulador de presión AY : Regulador de presión (controlado desde DCS con medición de pH)

Agua recuperada en la alimentación

molino SAG

trommel

pulpa a cicloneo

pebbles

agua a duchas

alimentación de mineral grueso

agua recuperada

lechada de cal


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El flujo de agua recuperada se agrega al molino en función del tonelaje medido en la pesométrica de recirculación de guijarros (además del sobre-tamaño del molino).


FV : Válvula de flujo (accionada neumáticamente) FY : Regulador de presión FIC : Control indicador de flujo FFIC : Control de razón de flujo FQIT : Transmisor indicador diferencial de flujo FE : Medición de flujo WI : Indicador de flujo WY : Regulador de flujo

Agua recuperada en duchas de trommel


FV : Válvula de flujo (accionada neumáticamente) FY : Regulador de presión FIC : Control indicador de flujo FE : Medición de flujo FIT : Transmisor indicador de flujo

6.10.4.3. Instrumentación en sumidero de alimentación a cicloneo molino de bolas

El sumidero (cajón de bombas) recibe la pulpa que sale del molino SAG, rebases del área, agua procesada para dilución de sólidos, descarga de molinos de bolas y agua fresca. Los controles a realizar son:

Control de nivel en pozo Control en agua recuperada Control de adición agua fresca

Control de nivel en pozo.

La descarga del pozo se realiza mediante la acción neumática de controladores de nivel con válvulas tipo tapón. Estas válvulas tienen enclavamiento con bomba de alimentación a ciclones. Las válvulas son accionadas por control remoto Elementos de instrumentación LE : Sensor de nivel (ultrasónico) LIT : Transmisor LIC : Controlador HIC : Controlador con algoritmo tipo Bias Adición de agua recuperada. Este flujo se agrega en función de la densidad de alimentación a los molinos de bolas (lazo de control), el flujo de agua es agregado por acción de un controlador de razón. Elementos de instrumentación.

FV : Válvula neumática FY : Regulador de presión (conversor) FFIC : Razón de flujo DY : Señal de densidad FE : Sensor de flujo FQIT : Transmisor de razón de flujo


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Control de adición de agua fresca

FV : Válvula neumática FY : Regulador de presión FIC : Controlador FE : Medición de flujo FIT : Transmisor

6.10.4.4. Instrumentación en batería de hidrociclones

La pulpa que alimenta a los hidrociclones es enviada por las bombas centrifugas de alimentación. En esta operación se controla la densidad de alimentación a la batería y la presión en el anillo.

Control de densidad Control de presión Operación de válvulas de compuerta

Control de densidad

DX : Medidor de densidad (densímetro nuclear) DE : Medidor de densidad DIT : Transmisor.de señal de densidad FIT : Transmisor de señal deflujo FQI : Indicador de la diferencial de flujo FI : Indicador de flujo.

Control de presión

PI : Indicador de presión. PIT : Transmisor de presión.

Operación de válvulas de compuerta

HV : Válvula de compuerta ZSL : Switch de posición bajo ZSH : Switch de posición alto

6.10.4.5. Transmisión del molino SAG

Desde el sistema de control DCS se realiza la partida y parada del molino SAG. Además, se mide y se despliega la información de potencia desarrollada por el motor del molino SAG. El control de los motores se realiza desde un controlador PLC, el cual posee lógicas de enclavamientos provenientes del resto de los equipos asociados.

Controles en molino SAG

Presión en los descansos

Potencia del motor

Control de velocidad

Control de temperatura

Control de vibración

Todos estos lazos de control poseen interlock para detención del molino cuando las alarmas high-high sean sobrepasadas. Elementos de instrumentación

PIT : Transmisor de presión


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PI : Indicador de presión PIC : Controlador de presión JT : Transmisor de potencia SE : Sensor de velocidad ST : Transmisor de velocidad SIC : Controlador de velocidad TE : Sensor de temperatura TI : Indicador de temperatura SE : Sensor de vibración SIT : Transmisor SCH : Control de vibración alta

6.10.4.6. Sistema de lubricación de los descansos del molino SAG El molino cuenta con un descanso fijo y el otro flotante. Ambos descansos cuentan con

sistema de control de temperatura. El sistema de lubricación consiste en bombas de alta presión de 94 kW y bombas de baja presión de 15 kW. En ambos sistemas de bombeo opera una bomba y la otra queda de reserva.El sistema de lubricación cuenta con control en las líneas de aceite de presión y flujo. El sistema incluye 5 calentadores de protección de engranajes del molino SAG

Control de temperatura en descansos

Elementos de instrumentación TE : Sensor de temepratura Y : Interlock TI : Indicador de temperatura TAH : Alarma de temperatura alta TAHH : Alarma de temperatura sobre el límite (alta alta)

Controles en sistema de lubricación.

Control de presión

Control de flujo Control de presión

PI : Indicador de presión PSL : Switch de presión baja PSLL : Switch de presión baja baja PAL : Alarma de presión baja PALL : Alarma de presión baja baja I : Interlock

Control de flujo FSL : Switch de flujo bajo FSLL : Switch de flujo bajo bajo FAL : Alarma de flujo bajo FALL : Alarma de flujo bajo I : Interlock

6.11. IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES

En el proceso de molienda semi-autógena podemos distinguir los siguientes tipos de variables


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Variables controladas.

Son el conjunto de variables que interesa se comporten de acuerdo a un patrón preestablecido (valor constante, no mayor que, no menor que, etc.)

Potencia consumida.

Presión descansos molino.

Intensidad sonido molino.

Nivel llenado molino.

Carga de bolas molino.

Nivel pozo descarga.

Densidad pulpa descarga.

Tamaño producto.

Carga circulante.

Variables manipuladas.

Son el conjunto de variables sobre las cuales tenemos la posibilidad de actuar y que permiten modificar los valores de las variables controladas.

Flujo tonelaje fresco alimentación.

Flujo adición agua molino.

Flujo adición agua al pozo.

Velocidad bomba pozo,

Velocidad rotación molino.

Adición de bolas. Perturbaciones.

Son las variables que tienen influencias sobre el comportamiento de las variables controladas,

pero no se tiene posibilidad de acción sobre ellas.

Discontinuidad de alimentación.

Dureza del mineral.

Distribución granulométrica alimentación.

Desgaste de las corazas y parrillas.

Variaciones descontroladas de agua.

Otras perturbaciones. 6.11.1. LAZOS DE CONTROL EN MOLIENDA SAG.

Los siguientes lazos de controles son los que se utilizan habitualmente en molienda semi-autógena. Adición de agua al SAG.

La adición de agua al molino SAG se controla, generalmente, en base al tonelaje total de alimentación al molino. Se mide el flujo de adición de agua y el tonelaje total de alimentación al molino, se combinan ambas señales en un controlador de razón y se entrega una señal a una válvula de control que regula el flujo de agua, de tal modo de obtener la descarga deseada. Adición de lechada de cal al molino SAG.

La adición de lechada de cal al molino SAG, se controla generalmente, en base al tonelaje de alimentación fresca. Un controlador de razón ajusta los dosificadores de lechada de cal agregada al molino SAG. Adición de bolas al molino.

La adición de bolas al molino SAG, se controla generalmente, en base al tonelaje de alimentación fresca molino o a la potencia consumida por el molino.


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Un control de tipo realimentado permite regular la adición de bolas.

Adición de agua al pozo y densidad a hidrociclones.

La adición de agua al pozo (nivel del pozo) se controla de la siguiente manera: se mide el nivel del pozo, por medio de un sensor ultrasónico y se envía la señal a un controlador de nivel, éste entrega la referencia a un controlador de densidad de alimentación a ciclones, el que actúa sobre una válvula de control que regula el flujo de agua al pozo. De esta manera se logra mantener la densidad de alimentación a ciclones dentro de un rango aceptable y el nivel del pozo se mantiene estable. 6.11.2. CONTROL ESTABILIZADOR Y CONTROL OPTIMIZANTE. Control estabilizador.

El control estabilizador tiene como objetivo mantener las variables del proceso dentro de ciertos rangos que permitan funcionar en forma estable.

Durante el primer período de funcionamiento del molino SAG, este tipo de control es el más importante, dado que no se tiene un conocimiento acabado de los distintos equipos y procesos. Controles habituales de este tipo, en molienda semi-autógena, son:

Mantención de la potencia del molino en una región estable.

Mantención del nivel del pozo en un cierto rango sin rebalses.

Control optimizante

El control optimizante tiene como objetivo ajustar distintas variables del proceso para optimizar funcionamiento de la Planta SAG. Este tipo de control se desarrolla el conocer el proceso y su comportamiento ante variaciones de los distintos parámetros.

Este control de realiza en base a un Sistema de Control Distribuido (DCS), que permite tomar acciones (ajuste de la referencia o set point) ante variaciones del sistema. 6.11.3. SISTEMA DE CONTROL EN PLANTA SAG

El control de procesos está basado en un sistema computacional, que se instala atendiendo a una filosofía de control supervisor y control por set-point, distinguiéndose por ende dos niveles, uno supervisor con la misión de alcanzar niveles de eficiencia de molienda óptima y prevenir el ingreso de la operación a la región inestable (llenado del molino) en donde sus algoritmos fueron diseñados en base a correlaciones experimentales obtenidas del proceso, y el nivel directo desarrollado en base a técnicas de override utilizando controladores PID clásicos con ganancias adaptivas calculadas en línea.

Generalmente se usa una estrategia de control que debe cumplir con los siguientes objetivos: Maximizar la capacidad de tratamiento del molino SAG, usando la máxima potencia

disponible. Mantener la operación del molino SAG en la zona estable. Mantener el tamaño de partículas del rebose bajo un cierto límite.

También se definen objetivos secundarios como mantener el porcentaje de sólidos dentro del

molino y controlar la densidad de alimentación a los hidrociclones. Para cumplir estos objetivos la estrategia de control se estructura en dos niveles: un nivel

directo qué genera los puntos de ajuste a los controladores análogos finales de: alimentación fresca, flujo de dilución al molino SAG y flujo de alimentación al pozo del molino SAG, y un nivel superior cuya función es supervisar que la operación se mantenga en una región estable, actuar en caso


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contrario y además, actuar en caso de que se produzcan grandes perturbaciones como partida/parada del chancador en línea o la molienda secundaria.

La instrumentación de mayor relevancia en el control del proceso, es la siguiente:

Tonelaje alimentación al molino SAG.

Granulometría de alimentación al molino SAG.

Flujo de agua de dilución al molino SAG.

Potencia de los dos motores del molino SAG.

Presión de descansos E/S del molino SAG.

Nivel de cuba del molino SAG.

Densidad de alimentación a los hidrociclones primarios.

Flujo alimentación a los hidrociclones primarios.

Presión manifold de hidrociclones primarios.

Flujo de agua de dilución cuba molino SAG.

Tonelaje de recirculación sobre-tamaño del molino SAG.

Porcentaje de sólido en el rebose de los hidrociclones primarios.

Porcentaje sobre m65 del rebose de los hidrociclones primarios. 6.11.4. SISTEMA DE CONTROL EN MOLINOS DE BOLAS.

El sistema de control asociado a los molinos de bolas, dentro de circuito SAG, cuenta con sensores que miden las variables más importantes del proceso.

Las variables que se miden son las siguientes:

Flujo tonelaje de descarga en hidrociclones

Flujo adición agua molino.

Flujo adición lechada de cal al molino.

Flujo de agua a cuba de descarga del molino.

Flujo pulpa alimentación hidrociclones.

Presión aceite en los descansos.

Presión de alimentación a batería de hidrociclones.

Potencia consumida por el motor del molino.

Potencia consumida bombas alimentación a hidrociclones.

Corriente bombas alimentación hidrociclones.

Densidad pulpa alimentación hidrociclones.

Densidad pulpa producto circuito molienda.

Adición de bolas.

Tamaño de partículas del producto del circuito molienda. 6.11.5. LAZOS DE CONTROL EN MOLIENDA SAG.

Los principales lazos de control del sistema son los siguientes:

Control de adición de agua al molino SAG, basado en el tonelaje total de alimentación (control de razón).

Control de adición de lechada de cal al molino SAG, basado en el tonelaje fresco de alimentación (control de razón).

Control de adición de lechada de cal a molino de bolas, basado en el pH de la pulpa de alimentación a flotación (control realimentado).

Control de tonelaje alimentación fresca al molino SAG, basado en el tonelaje proveniente de las correas alimentadoras de velocidad variable.


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Control de nivel pozo, basado en la densidad de alimentación a hidrociclones (control en cascada).

6.11.6 INFLUENCIA DE PERTURBACIONES EN MOLIENDA SAG.

Las principales perturbaciones que pueden afectar tanto al proceso y a la operación de molienda SAG como al sistema de control automático se detallan seguidamente.

Las perturbaciones se pueden clasificar en dos tipos:

Perturbaciones de variación rápida.

Perturbaciones de variación lenta. Perturbaciones de variación rápida

Las perturbaciones de variación rápida como su nombre lo indica, corresponde a eventos instantáneos de breve duración, menor que 1 hora. Las principales perturbaciones rápidas son :

Discontinuidad en la alimentación de mineral.

Cambios de distribución de tamaños de alimentación.

Cambios en dureza del mineral.

Detención de bombas de alimentación a hidrociclones.

Obstrucción de los hidrociclones.

Desigual repartición de pulpa a los circuitos de molienda secundaria.

Detenciones imprevistas del molino SAG.

Otras perturbaciones rápidas. Perturbaciones de variación lenta

Como su nombre lo indica, podrían ocurrir en un plazo de varias horas o turnos, estas son las siguientes:

Variación de la carga de bolas del molino.

Desgaste de revestimientos del molino.

Aumento de abertura de parrillas de descarga del molino por desgaste.

Desgaste en los hidrociclones, en especial, la boquilla de descarga.

Otras perturbaciones de variación lenta. 6.11.7. ANÁLISIS DE PERTURBACIONES

Este análisis de cada una de estas perturbaciones se realiza tanto desde el punto de vista operacional como de su impacto sobre el sistema de control automático. Análisis de Perturbaciones rápidas. a) Discontinuidad en la alimentación de mineral.

Esta perturbación corresponde a flujos de sólidos discontinuados por vaciados de buzones, obstrucción de chutes de alimentadores de correa o detenciones de emergencia de la correa transportadora de alimentación al molino.

Los efectos de esta perturbación sobre la operación de molienda SAG son mayores que en el caso de la molienda convencional, provocando entre otros:

Tendencia a vaciarse el molino SAG.

Tendencia a producir granulometría más fina en descarga del molino.

Tendencia a desbalancear los circuitos de molienda primaria y secundaria.

Tendencia a producir mayor dilución al interior del molino.


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Los efectos que tiene este tipo de perturbación sobre el control automático son tan grandes que normalmente obligan a pasar el sistema a modo manual para volver a estabilizarlo.

Si la discontinuidad es por un período reducido de muy pocos minutos y el sistema de control

automático no pierde sintonía, los efectos que tendría son:

Fluctuaciones flujo adición de agua al molino SAG. Fluctuaciones flujo adición de lechada de cal al molino SAG. Aumento de velocidad de los alimentadores de correa, luego de normalizada la situación.

b) Cambio de distribución de tamaño de alimentación al molino SAG.

Esta perturbación que puede corresponder a eventos de anormal alimentación de mineral desde la mina o a extracción de mineral del acopio muy segregado, tiene un fuerte impacto en la operación de la molienda SAG sobre todo en el caso de una drástica disminución de guijarros.

En el caso de una fuerte disminución del flujo de colpas los efectos sobre la operación son:

Aumento fuerte de la recirculación de guijarros.

Tendencia a llenado del molino con mineral de tamaño crítico.

Tendencia a aumentar la potencia consumida.

Tendencia a aumentar la , granulometría de productos intermedios y finales. Como resultados de estos eventos el operador, en caso de operar en forma manual, debe

reducir drásticamente el tonelaje de alimentación al molino.

El impacto de esta perturbación sobre el sistema de control automático es el siguiente:

Disminución tonelaje alimentación molino SAG.

Disminución del flujo de adición de agua y cal al molino SAG.

Disminución de velocidad de los alimentadores de correa de velocidad variable. .

c) Cambios en dureza del mineral.

Esta perturbación puede deberse a una alimentación inusual de algún sector especial del yacimiento cuya dureza sea distinta a la del compósito habitual.

Los efectos que provoca esta perturbación sobre la operación son:

En caso de un aumento de dureza el molino tiende a llenarse.

En caso de una disminución de dureza el molino tiende a vaciarse.

En cualquiera de los dos casos el operador debe modificar el flujo de alimentación al molino

en forma acorde con la situación, teniendo como restricción que la potencia consumida no supere la instalada. El efecto de esta perturbación sobre el control automático es simple y obvia:

Si aumenta la dureza disminuirá la alimentación de mineral fresco y por lo tanto disminuirá la adición de agua y lechada de cal y se reducirá la velocidad de los alimentadores de velocidad variable.

Si disminuye la dureza aumentará la alimentación de mineral fresco y por lo tanto aumentará la adición de agua y lechada de cal al molino SAG. y se incrementará la velocidad de los alimentadores de correa de velocidad variable.

d) Roturas en parrillas interior del molino SAG.

Esta perturbación puede corresponder a fallas del material de las parrillas de descarga. Los efectos que provoca esta perturbación sobre la operación son:


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Aumento de la carga circulante de guijarros.

Adicionalmente, pérdida de bolas.

Los operadores no tienen posibilidad de influenciar sobre esta perturbación y lo único que pueden hacer es planificar una inspección y reparación de las parrillas. El impacto de esta perturbación sobre el control automático es muy errática y difícil de prever. e) Detención de bombas de alimentación a hidrociclones.

Esta perturbación puede ocurrir debido al recalentamiento del motor de la bomba (opera el térmico), obstrucción de la bomba por corrimiento del talud del pozo o por falta de agua de sello.

Los efectos operacionales que trae consigo esta perturbación son:

Disminución del ritmo de tratamiento durante el tiempo que tome el cambio de bomba.

Drenarse y lavado de la línea asociada a la bomba fuera de servicio.

Operación con bomba de reserva.

Los efectos que tiene este tipo de perturbación sobre el control automático son:

Aumento nivel del pozo de alimentación a hidrociclones.

Disminución de adición de agua al pozo de alimentación a hidrociclones.

Disminución del tonelaje de alimentación al molino SAG. f) Embanques en líneas de alimentación a hidrociclones.

Esta perturbación puede ocurrir debido al deslizamiento de carga en el pozo de alimentación a hidrociclones, reinicio de la operación de la línea con pulpa, por ejemplo, después de un cambio de bombas, sin haber drenado y lavado la línea, acumulación de bolas residuales por rotura de la malla de la criba.

Los efectos que tiene esta perturbación sobre la operación son:

Detención de la sección de molienda secundaria correspondiente.

Disminución de tonelaje al molino SAG. para evitar rebalse del pozo de alimentación a ciclones.

Desbalanceo de la carga en la molienda secundaria.

Los efectos de esta perturbación sobre el control automático, son:

Aumento nivel del pozo de alimentación a ciclones.

Disminución de agua al pozo de alimentación a ciclones.

Disminución del tonelaje de alimentación fresco al molino SAG.

g) Obstrucción de los hidrociclones. Esta perturbación puede ocurrir debido al deslizamiento del talud en el pozo de alimentación a

hidrociclones, lo que provocaría un aumento instantáneo en la granulometría de alimentación a la batería de hidrociclones, desprendimiento de los revestimientos de goma de los hidrociclones, acumulación de gomas en la línea de alimentación a hidrociclones por rotura de malla de la criba.

Los efectos operacionales que trae consigo esta perturbación, son:

Aumento de la granulometría del rebose de ciclones.

Disminución del ritmo de tratamiento.

Desbalanceo de carga en molienda secundaria.

Los efectos de esta perturbación sobre el sistema de control automático, son:


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Disminución tonelaje de alimentación al molino SAG. h) Desigual repartición de pulpa al circuito de molienda secundaria.

Esta perturbación puede deberse a disminución de la eficiencia de alguna de las bombas en operación, obstrucción de ciclones.

Los efectos de esta perturbación sobre la operación de molienda SAG, son:

Desbalanceo del circuito de molienda secundaria.

Rebalse de pozo de alimentación a ciclones y otros cajones.

Los efectos de esta perturbación sobre el control automático, son:

Disminución tonelaje alimentación fresca al molino SAG.

Disminución flujo de adición de agua al pozo de alimentación al molino. i) Detenciones imprevistas del molino SAG.

Esta perturbación corresponde a todas las paradas no programadas del molino SAG., y

puede ocurrir debido a las más diversas causas. A modo de ejemplo, citaremos algunas causas por la cual puede parar en forma imprevista el molino SAG., debido a la detención de algún equipo que esté enclavado con el molino SAG, por ejemplo, fajas recirculadoras de guijarros, criba, etc., debido a fallas de tipo eléctrico o mecánico; recalentamiento o sobre-presiones de aceite.

Los efectos de esta perturbación sobre la operación de molienda SAG, son:

Si la operación es en modo automático provoca la detención de los equipos de área aguas abajo y aguas arriba del molino SAG.

Si la operación es en modo manual se debe detener todos los equipos aguas arriba del molino y se recomienda terminar de procesar el mineral acumulado en los pozos de alimentación a ciclones.

El reinicio de la operación debe realizarse en forma manual hasta estabilizar el sistema.

Para efectos del control automático, esta situación provoca la detención de todos los equipos

de la Planta SAG. j) Otras perturbaciones rápidas.

Dentro de estas perturbaciones podemos citar las siguientes:

Falta de agua.

Detención de fajas de guijarros.

Falta de aire de instrumentación.

Atoros en chutes de alimentación al molino SAG.

Los efectos que provoca esta perturbación sobre la operación de molienda SAG, obliga a pasar de modo automático a manual y en el caso que alguna de estas perturbaciones enclave otro equipo, como es el caso de las fajas recirculadoras de guijarros que al detenerse paran el molino SAG, se deberán tener las precauciones ya señaladas en el punto anterior.

Ante este tipo de perturbación no es posible operar en modo automático.

Análisis de perturbaciones de variación lenta. a) Desgaste de revestimiento del molino.


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Esta perturbación es provocada por el desgaste natural de los revestimientos del molino S.A, en el tiempo.

Los efectos de esta perturbación sobre la operación de molienda SAG., son:

Aumento del diámetro interno del molino SAG.

Aumento de la altura de levante de bolas y mineral al interior del molino.

Aumento de la capacidad de tratamiento del molino SAG.

Aumento de la potencia neta consumida, Como resultado de esta perturbación las únicas acciones que puede tomar el operador son,

disminuir la velocidad de giro del molino y así disminuir el desgaste de los forros y evitar sobrecargar el motor eléctrico.

El impacto de esta perturbación sobre el sistema de control automático son:

Aumento tonelaje alimentación fresco.

Aumento de la potencia consumida por el molino.

Este tipo de variación permite al DCS ajustar los parámetros del sistema. b) Aumento de abertura de parrillas de descarga por desgaste.

Esta perturbación es producida por el desgaste natural de las parrillas en el tiempo.

Los efectos que provoca esta perturbación sobre la operación de molienda SAG., son:

Aumento del tamaño máximo de guijarros.

Aumento del tamaño y cantidad de bolas de rechazo.

Aumento de carga circulante de guijarros.

Disminución del tonelaje de alimentación fresca al molino SAG., debido al aumento de carga circulante de guijarros.

Como resultado de esta perturbación, los operadores pueden considerar un aumento en la

cantidad de bolas de reposición, con esto, se debiera contrarrestar el aumento en la cantidad de bolas de rechazo y en alguna medida disminuir el tamaño máximo de guijarros.

Los efectos que tiene esta perturbación sobre el control automático, son:

Disminución tonelaje alimentación fresca.

Disminución flujo alimentación agua y cal.

Este tipo de variación permite al DCS ajustar los parámetros del sistema. c) Desgaste de los impulsores de las bombas.

Esta perturbación es provocada por el desgaste natural de los impulsores en el tiempo.

Los efectos que trae esta perturbación sobre la operación de molienda SAG., son:

Disminuye la capacidad de porteo de la bombas.

Desbalanceo de carga en molienda secundaria.

Debido a esta perturbación los operadores deben disminuir el tonelaje de alimentación fresca al molino SAG, controlar el nivel del pozo de alimentación a hidrociclones para evitar rebalses de este. Esta perturbación tendría una importancia menor si las bombas estuvieran dotadas de variadores de velocidad.

El efecto que tiene esta perturbación sobre el control automático, son:

Aumenta nivel de pozo alimentación a hidrociclones.

Disminución adición de agua al pozo de alimentación hidrociclones.


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Disminución tonelaje alimentación físicas.

Este tipo de variación permite al DCS ajustar los parámetros del sistema. d) Desgaste en ciclones, en especial boquillas de descarga.

Esta perturbación trae consigo los siguientes efectos en la operación de molienda SAG.:

Aumento de la carga circulante en los molinos secundarios.

Aumento de la granulometría del rebose de los hidrociclones, este efecto es detectado por el analizador de partículas el. cual envía una señal para disminuir el tonelaje de alimentación fresca al molino SAG.

Tendencia a sobrecargarse el molino secundario asociado a la batería de hidrociclones.

Los efectos que tiene esta perturbación sobre el control automático, son:

Disminución tonelaje alimentación fresca, adición agua y adición de cal al molino SAG.

Este tipo de variación permite al DCS ajustar los parámetros del sistema. 6.11.8. HISTORIA DE LOS TIPOS DE CONTROL DE PROCESOS. Control Clásico

En la industria se basa en la existencia de tres instrumentos: Transmisor, Controlador y Válvula de control, relacionados a través del lazo o bucle de

retroalimentación, que es único para cada variable controlada del proceso industrial. Existen tantos lazos de control como variables controladas. Utilización hasta los años 1960.

Control Digital Directo DDC

En el control digital directo, un computador sustituye al instrumento controlador, efectuando los cálculos de acuerdo con las acciones de control deseadas y enviando las correspondientes señales de salida a las válvulas de control. Esta función de cálculo la efectúa secuencialmente para cada variable de entrada analógica o digital y para cada válvula de control del lazo correspondiente.

Una falla en el computador da lugar a la pérdida total del control de la planta. Utilización desde los años 1960 a 1975. Control de Puntos de Consigna SPC

Al descartar el empleo de un único computador (control DDC) por el serio inconveniente de la seguridad y sustituirlo por varios controladores digitales capaces de controlar individualmente un cierto número de variables, para así “distribuir” el riesgo del control único. Cada controlador digital, debía ser “universal”, es decir disponer de algoritmos de control seleccionables por software, que permitan resolver todas las situaciones de control y dieran así versatilidad al sistema.

Para comunicarse entre sí los transmisores electrónicos de terreno, los controladores y las

interfases para la comunicación con el operador de la planta, se adoptó el empleo de una vía de comunicaciones, en forma de cable coaxial.

Para eliminar el espacio de panel requerido por el control clásico, se adoptó el uso de uno o

varios monitores de CRT, en los cuales, el operador, a través de teclado, debía examinar las variables de proceso, las características de control, las alarmas, etc., sin perturbar el control de la Planta y con opción de cambiar cualquier característica de control de las variables del proceso.

Utilización desde el año 1970.

Control Distribuido


55

El control distribuido consiste en uno o varios microprocesadores que controlan cada uno más de una variable (aproximadamente 8) y que están repartidos por la planta y conectados a las señales de los transmisores de las variables y a las válvulas de control. El primer sistema de control distribuido para la industria fue presentado por la firma Honeywell Inc. en noviembre de 1975.

Control Supervisor

La distribución de los microprocesadores a lo largo de la Planta en los puntos con mayor concentración de señales es la de una distribución arquitectónica múltiple, unida mediante una vía de comunicaciones, que permite la supervisión desde la sala de control, e incluso desde un computador personal. Utilización desde aproximadamente 1980. En esencia, la diferencia entre el control distribuido y el control clásico es la posibilidad de configuración por software y la capacidad de comunicación entre microprocesadores y el centro supervisor, que se ofrece actualmente en los sistemas de control distribuido. 6.12. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y CONTROL USADOS EN PLANTAS

CONCENTRADORAS.

Los instrumentos de medición y de control son relativamente complejos y su función puede

comprenderse bien si están incluidos dentro de una clasificación adecuada. Como es lógico, puede existir varias formas para clasificar los instrumentos, cada una de ellas con sus propias ventajas y limitaciones. Se considerarán dos clasificaciones básicas: la primera relacionada con la función del instrumento y la segunda con la variable del proceso.

6.12.1. EN FUNCIÓN DEL INSTRUMENTO

De acuerdo con la función del instrumentos, obtenemos las formas siguientes: Instrumentos ciegos

Vea el ejemplo de la figura 6.19, son aquellos que no tienen indicación visible de la variable. Hay que hacer notar que son ciegos los instrumentos de alarma, tales como presostatos y termostatos (interruptores de presión y temperatura respectivamente) que poseen una escala exterior con un índice de selección de la variable, ya que sólo ajustan el punto de disparo del interruptor o conmutador al cruzar la variable el valor seleccionado. Son también instrumentos ciegos, los transmisores de caudal, presión, nivel y temperatura sin indicación.

Fig.6.19. Instrumento Ciego

Instrumentos indicadores


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Vea el ejemplo de la figura 6.20, disponen de un índice y de una escala graduada en la que

puede leerse el valor de la variable. Según la amplitud de la escala se dividen en indicadores concéntricos y excéntricos. Existen también indicadores digitales que muestran la variable en forma numérica con dígitos.

Fig. 6.20. Instrumentos Indicadores

Instrumentos registradores

Vea el ejemplo de la figura 6.21; registran con trazo continuo o a puntos la variable, y pueden ser circulares o de gráfico rectangular o alargado según sea la forma del gráfico. Los registradores de gráfico circular suelen tener el gráfico de 1 revolución en 24 horas mientras que en los de gráfico rectangular la velocidad normal del gráfico es de unos 20 mm/hora.

Fig. 6.21. Instrumentos registradores

Elementos primarios

Vea el ejemplo de la figura 6.22; están en contacto con la variable y utilizan o absorben energía del medio controlado para dar al sistema de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlada. El efecto producido por el elemento primario puede ser un cambio de presión,


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fuerza, posición, medida eléctrica, etc. Por ejemplo: en los elementos primarios de temperatura de bulbo y capilar, el efecto es la variación de presión del fluido que los llena y en los de termopar se presenta una variación de fuerza electromotriz. El elemento primario puede formar o no parte integral del transmisor; el primer caso lo constituye un transmisor de temperatura de bulbo y capilar y el segundo un transmisor de caudal con la placa orificio como elemento primario.

Fig. 6.22. Elementos primarios

Transmisores

Vea el ejemplo de la Figura 6.23, captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal neumática de margen 3 a 15 psi (libras por pulgada cuadrada) o electrónica de 4 a 20 mA de corriente continua. La señal neumática de 3 a 15 psi equivale a 0,206 - 1,033 bar (0,21 - 1,05 kg/cm

2) por lo cual, también se emplea la señal en unidades

métricas 0,2 a 1 bar (0,2 a 1 kg/cm2). Asimismo, se emplean señales electrónicas de 1 a 5 mA c.c., de 10 a 50 mA c.c. y de 0 a 20 mA c.c., si bien la señal normalizada es de 4-20 mA c.c. La señal digital utilizada en algunos transmisores inteligentes es apta directamente para ordenador.

Fig. 6.23. Instrumentos transmisores

Transductores

Reciben una señal de entrada función de una o más cantidades físicas y la convierten modificada o no a una señal de salida. Son transductores, un relé, un elemento primario, un


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transmisor, un convertidor PP/I (presión de proceso a intensidad), un convertidor PP/P (presión de proceso a señal neumática), etc. Convertidores

(Fig. 6.24) son aparatos que reciben una señal de entrada neumática (3-15 psi) o electrónica (4-20 mA c.c.) procedente de un instrumento y después de modificarla envían la resultante en forma de señal de salida estándar. Ejemplo: un convertidor P/I (señal de entrada neumática a señal de salida electrónica), un convertidor I/P (señal de entrada eléctrica a señal de salida neumática). Conviene señalar que a veces se confunde convertidor con transductor. Este último término es general y no debe aplicarse a un aparato que convierta una señal de instrumentos.

Fig. 6.24. Instrumentos convertidores.

Receptores

Reciben las señales procedentes de los transmisores y las indican o registran. Los receptores controladores envían otra señal de salida normalizada a los valores ya indicados 3-15 psi en señal neumática, o 4-20 mA c.c. en señal electrónica, que actúan sobre el elemento final de control. Controladores

(Fig. 6.25) comparan la variable controlada (presión, nivel, temperatura) con un valor deseado y ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación. La variable controlada la pueden recibir directamente, como controladores locales o bien indirectamente en forma de señal neumática, electrónica o digital procedente de un transmisor.


59

Fig. 6.25. Instrumentos controladores

Elemento final de control Recibe la señal del controlador y modifica el caudal del fluido o agente de control. En el

control neumático, el elemento suele ser una válvula neumática o un servomotor neumático que efectúan su carrera completa de 3 a 15 psi (0,2-1 bar). En el control electrónico la válvula o el servomotor anteriores son accionados a través de un convertidor de intensidad a presión (I/P) o señal digital a presión que convierte la señal electrónica de 4 a 20 mA c.c. o digital a neumática 3-15 psi. en el control eléctrico el elemento suele ser una válvula motorizada que efectúa su carrera completa accionada por un servomotor eléctrico. En el control electrónico y en particular en regulación de temperatura de hornos pueden utilizarse rectificadores de silicio (tiristores). Estos se comportan esencialmente como bobinas de impedancia variable y varían la corriente de alimentación de las resistencias del horno, en la misma forma en que una válvula de control cambia el caudal de fluido en una tubería.

Las señales neumáticas (3-15 psi ó 0,2-1 bar ó 0,2-1 kg/cm2) y electrónica (4-20 mA c.c.)

permiten el intercambio entre instrumentos de la planta. No ocurre así en los instrumentos de señal de salida digital (transmisores, controladores) donde las señales son propias de cada suministrador. No obstante, existe el propósito de normalización, en particular en los sistemas de control distribuido, por parte de firmas de instrumentos de control (Bailey, Foxboro, Honeywell, Rosemount y otros) que estudian la aplicación de un leguaje o protocolo de comunicaciones, el MAP (Manufacturing Automation Protocol) desarrollado inicialmente en 1970 para la automatización de una fábrica de automóviles de General Motors, y que permitirá el intercambio de equipos digitales de distintos fabricantes.

El protocolo MAP aplicado al control de procesos debe cumplir con las características de

señal de 4-20 mA c.c. y alimentación a los instrumentos a través del mismo par de hilos. Existe un comité internacional de normas IEC-65C que recibe la colaboración de comités ISA SP50, ISA SP72 y EUREKA, y que trabajan también en el campo de normalización de las comunicaciones digitales entre los instrumentos de campo y los sistemas de control. Ver figura 6.26.

Fig.6.26. Elemento final de control

6.12.2. EN FUNCIÓN DE LA VARIABLE DE PROCESO.


60

De acuerdo con la variable del proceso, los instrumentos se dividen en instrumentos de caudal, nivel, presión, temperatura, densidad y peso específico, humedad y punto de rocío, viscosidad, posición, velocidad, pH, conductividad, frecuencia, fuerza, turbidez, etc. Tabla 3.4.

En el control automático los instrumentos tienen la doble función de captación de información y transferencia de ella, esta instrumentación difiere a la de medición que normalmente se utiliza en un laboratorio.

Tabla 3.4 Elementos de Terreno

Sensores

Presión

Flujo

Nivel

Temperatura

Peso

Velocidad

Densidad

Análisis

PH

Posición

Actuadores Acondicionadores de Señal

Válvulas de control

Motores

Bombas

Variadores de Velocidad

Conversores de señal

Transmisores

Amplificadores

Medios de Transmisión Montaje e Instalación

Cables

Fibra óptica

Radio

Canalización

Regletas

Alambrado

Gabinetes de conexiones

Tipo de Sensores

Sensores de Nivel

Presión diferencial

Ultrasonidos

Tipo Piola

Flotadores

Capacitivos

Vasos comunicantes

Celdas de carga

Trazadores

Radiactivos

Sensores de Flujo

Magnético

Ultrasónicos

Placa Orificio

Anubar(Accutube)

Vortex

Rotámetro

Tipo Turbina

Anubar (Accutube)

Sensores de Presión

Celda de carga

Transductor Piezoéléctrico y piezo resistivos- Convierten presión en señales eléctricas.

Sistemas mecánicos (Diafragmas, Bourdon, Fuelle, manómetros, strain gages): Basados en deformación elástica.

Sensores de Temperatura

Para baja temperatura Para alta temperatura

R.T.D. (Resistance Temperature Detectors)

Terrnocupla

Termómetro

Par bimetálico.

Sistema de bulbo

Pirómetro

Otras Variables de Proceso importantes

Densidad y gravedad especifica (Densímetro Nuclear)


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Peso (Celda de Carga)

PH (Electrodo de vidrio)

Conductividad eléctrica

% solidos

% malla de trabajo

Analizadores en linea de elementos

Dureza

Transductor de energía

Medidores de amperaje

Instrumentación Usada en un Circuito de Molienda.

En la tabla hemos visto los instrumentos que se usan para un control de circuito de molienda clasificación. Para un mejor detalle y entendimiento explicare un breve los tipos de instrumentos que se utilizan. Transporte de sólidos en peso:

La medición con básculas de banda para determinar la masa transportada por una faja transportadora fue una de las primeras mediciones que se realizaron en la línea de proceso en un molino. Esta medición es necesaria tanto para fines contables como de control. Hay en el mercado una gran variedad de básculas de banda. (ver figura. 6.27).

Figura 6.27. Basculas de banda o faja.

Medición de flujo de pulpas:

La velocidad de paso de pulpas en tubería puede medirse utilizando medidores de flujo ya sea magnético u ultrasónico. (Ver figura. 6.28).


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Figura 6.28 Medidores magnéticos de flujo

En los medidores de flujo magnéticos, que son los mas usados, es necesario que un liquido conductor (o pulpa) pase por un campo magnético; se induce un voltaje entre los electrodos que es proporcional a la velocidad de la corriente. Así puede determinarse la velocidad de flujo por volumen; para determinar el régimen de masa de los sólidos contenidos, debe determinarse también la densidad de la pulpa. En consecuencia un medidor de flujo magnético con un medidor de densidad. En los medidores de flujo ultrasónicos, las pulsaciones de presión se transmiten en dos direcciones; la diferencia entre las dos medidas de retardo de las pulsaciones es proporcional al flujo

Medidor de nivel ultrasónico:

Este tipo de sensor es especialmente útil para medir el nivel en sólidos y en pulpas. Su principal ventaja reside en que su instalación 'es externa al sistema a medir, razón por la cual no interfiere con el proceso. Propiamente tal, incluso en los instantes de mantenimiento y calibración. En el caso de las plantas concentradoras se le encuentra fundamentalmente midiendo el nivel de pulpa en los pozos de descarga del circuito de molienda. Y comúnmente en cajones de alimentación a hidrociclones, como también en las tolvas de almacenamiento de finos para la alimentación a molinos. (ver figura. 6.29).

Figura 6.29. Sensores de nivel sónico para pulpas y sólidos

Densidad de Pulpa.

La densidad, o % de sólidos de una pulpa en movimiento puede determinarse usando un medidor nuclear de densidad o medidor gama (figura. 6.30). Los rayos gama procedente de una fuente radioactiva pasan a través de la pulpa, la transmisión de estos rayos al detector de radiación de tipo de cámara de ionización es inversamente proporcional a la densidad de la pulpa. Es posible aplicar otras técnicas, como la absorción de energía ultrasónica, pero no se han usado extensamente.

Fig. 6.30. Sensores de densidad nuclear


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Tamaño de Partícula gruesas:

La medición de la distribución de tamaño de las partículas gruesas (3 a 300 mm) acarreadas en una banda transportadora se ha hecho posible recientemente. En un instrumento óptico (figura. 6.31), se iluminan la superficie de material que lleva una banda transportadora en movimiento, con luz dirigida ha ángulos pequeños, con lo cual se producen sombras a lo largo de la línea de observación. El patrón de intensidad de luz generado permite la diferenciación de las partículas y puede medirse la longitud de la cuerda. Este instrumento es adecuado para medir distribuciones de tamaños en la alimentación de un circuito de trituración o a uno de molienda autógena.

Fig. 6.31. Medición de tamaño de partículas grandes en fajas

Tamaño de partículas finas:

Se emplean diversos métodos para efectuar la medición de la distribución de tamaños de partículas finas. Una técnica de tamaño inferido requiere del desarrollo de una ecuación empírica que relaciona la relación de tamaño de las partículas (como un solo parámetro) con las condiciones de operación de un hidrociclón. Aunque esta técnica se ha aplicado con éxito, tiene la limitación de que cualquier cambio que ocurre en las propiedades del mineral obliga a hacer cambios en la ecuación empírica.

Este instrumento tiene por propósito medir el tamaño de la partícula que sale del rebalse superior

de los hidrociclones. Con él es posible implementar un lazo de control que regule la variable granulométrica, eliminando el exceso o defecto de molienda, hecho el cual incrementa la rentabilidad del proceso de molienda, además de mejorar el proceso posterior de la flotación.

No existe en el mercado una amplia oferta de instrumento que miden el tamaño de la partícula. Los más conocidos son el PSM 400 de la Armco Automatic y el PSI-200 de la Outukumpu Mintec. El primero basa su funcionamiento en dos sensores de ultrasonido colocados en cuadratura, lográndose así una medida en dos dimensiones de la partícula. Por su parte el PSI-200 basa su funcionamiento en un sistema Eléctro-Mecánico que aprisiona las partículas, midiendo así su tamaño.

Este ultimo instrumento ha mostrado mejor comportamiento en la practica, especialmente desde

el punto de vista de la disponibilidad, razón por la cual se centrará esta sección en una solución basada en este tipo de equipamiento.

El principio de operación de este instrumento se basa en la medición en forma directa de una


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muestra de pulpa, tornada del circuito de molienda, que se ingresa al equipo y mediante un micrómetro electromecánico, tipo Pie de Rey, esta medida es transformada de una altura en micrómetros en una señal de corriente proporcional al tamaño de la partícula. Básicamente esta compuesto de cinco partes (ver Fig. 6.32):

Tomador de muestra de pulpa.

Estanque Estabilizador de Flujo (PFSA)

Muestreador de Calibración (PCM)

Sensor y Transmisor de Tamaño de Partículas (PSTS)

Gabinete Electrónico de Procesamiento de Información (PCCS)

Fig. 6.32. PSM-400 PSI-200

Válvulas de Control: El elemento de control más usual en los procesos de fluidos es la válvula de control. Este tipo de elemento sirve de interfase entre el proceso y el controlador y básicamente se encuentran industrialmente en dos formas: Válvula de Control Neumáticas y Válvulas de Control Eléctricas. Independientemente del tipo de válvula, en ambos casos el sistema consiste en un vástago que abre o cierra un orificio de acuerdo a las variaciones de una señal de control proveniente del controlador.

En general todas las válvulas de control presentan una característica de acción continua y sus características de abertura dependen de la forma del vástago y del orificio. Es así, que al igual que en las válvulas continuas sin control, es posible encontrar válvulas del tipo Lineal, Igual Porcentaje, de apertura rápida, de mariposa y otras.(ver figura.6.33) Variadores de Frecuencia:

Son muy utilizados en los motores de las bombas de alimentación a ciclones, en el motor de los ejes de las correas transportadoras, en dosificadores, etc.. Cuando se requiere accionamientos eléctricos de velocidad variable, se utiliza en la actualidad motores eléctricos AC (usualmente de Inducción) manipulados por Variadores de Frecuencia. Estos sistemas, mas eficientes y confiabíes1

han venido a reemplazar los antiguos sistemas a base de motores DC accionados por rectificadores controlados. En las Plantas Concentradoras es posible encontrar este tipo de accionamiento en el

Acondicionador de la muestra

Analizador de la

muestra

Control y exhibidor de datos


65

control de la velocidad de las Correas Transportadoras, y en el control de las distintas bombas eléctricas que existen en el sistema (la que eleva la pulpa a los hidrociclones, por ejemplo).

Figura 6.33 Válvulas de Control Eléctrica y Neumática

Un Variador de Frecuencia es un elemento electrónico de potencia capaz de entregar señales eléctricas de frecuencia, y en ocasión amplitud, variables. Los esquemas de los variadores de frecuencia constan básicamente de tres partes: Una etapa rectificadora, un filtro pasabajos, y un inversor (ver Fig. 6.34).

Fig. 6.34. Ejemplo de Variadores de Frecuencia en bombas de alimentación a hidrociclones.

A continuación se muestra, a manera de ejemplo, un sistema de control de estudio más

profundo que no se considera como parte de esta monografía, sin embargo deja abierta la posibilidad para hacerlo.


66

6.13. CONTROL ADAPTIVO. Un sistema de control adaptivo ajusta automáticamente sus parámetros para compensar los cambios que pueden producirse en el proceso, es decir, el sistema de control es "adaptado" al proceso. El control adaptivo permite, en los procesos no lineales tal como el de pH, ajustar las acciones PID a los parámetros del proceso cuando este cambia con frecuencia de condiciones de trabajo. Los sistemas adaptivos son básicamente no lineales. En la figura 6.35 puede verse un sistema adaptivo de modelo de referencia (MRAS) que indica la forma en que debe responder la señal de salida del proceso ante una consigna dada. Existen dos lazos de control en el diagrama de bloques: un lazo interno formado por el proceso y el controlador, y el lazo externo. Este ultimo hace que el error e(k)= y(k)-ym(k) entre la salida del proceso y la salida del modelo sea pequeño. El problema principal es conseguir que el mecanismo de ajuste de los parámetros de lugar a un sistema estable que haya tender el error a cero. La estimación en tiempo real de los parámetros puede efectuarse por el método de los mininos cuadrados.

Fig. 6.35. Control adaptivo de modelo de referencia.

Sea un proceso de ecuación diferencial

y(k + 1) = y(k) + u(k) (6.5)

Y con el modelo de referencia de ecuación

(6.6) Donde:

= Parámetro desconocido

^ = estimación de

y(k+1)

= valor predictivo o asumido de la señal de salida en la muestra k+1 y basado en la

estimada La función de míninos cuadrados es:

Modelo

Controlador Proceso

Estimación

parámetros

Consigna

Lazo

Externo

Lazo

InternoPerturbaciones

Parametros controlador

u(k)

error e(k)

y(k)

ym(k)

y(k)

u(k) ky)(ky

)(1^


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Derivando v(t) con relaciona tenemos la estimación de los mininos cuadrados.

De este modo la estimación (t) minimiza la ecuación (6.6) suponiendo que el proceso este representado por la ecuación (6.5)

Otro tipo de control adaptivo es el controlador autosintonizable o STR (set-tuing-regulator)

representado en la figura 6.36 El sistema actualiza en cada muestra la estimación de parámetros y el calculo del

controlador, de este modo, el controlador con sus propios parámetros ajustados obtiene las propiedades deseadas en el sistema de lazo cerrado.

Para que la estimación de parámetros sea correcta es conveniente introducir señales

perturbadoras de un nivel mínimo determinado. Sea un proceso de ecuación diferencial. Y(k+1) = ay(k) + bu(k) + r(k+1) + cr(k) Donde r(k) es una ecuación de variable aleatoria.

Fig.6.36. Control adaptivo autosintonizable

En la muestra k, la variable aleatoria r(k+1) es independiente de y(k), u(k) y r(k). Entonces la

señal de salida y(k) es conocida y la señal u(k) es calculable. De este modo, las variables aleatorias r(k) pueden calcularse a partir de las entradas y salidas pasadas. Para que la varianza de y(k+1) sea lo más pequeña ´posible, conviene seleccionar u(k) de tal forma que se anulen los términos ay(k), bu(k) y cr(k)

Controlador Proceso

Estimación

parámetros

Consigna

Perturbaciones

u(k)

y(k)

Lazo

ExternoCálculo

parámetros

controlador

Lazo

Interno

])1(.)1()([2

1

)]1(.)1(.[2

1])()([

2

1)(

2

1)(

^

0

^

0

^^

0

^

0

2

t

k

t

k

t

k

t

k

kykuky

kykykykyketv

1

0

2

^

0

^

^

)(

])()1().[(

)(t

k

t

k

ky

kukyky

t


68

Tenemos pues:

Como expresión que relaciona la entrada y la salida al proceso. es un parámetro desconocido. U(k) hace minina la varianza de la señal de salida. En estas condiciones, la señal de salida vale:

y(k) = r(k) Como la ecuación del proceso viene definida por tres parámetros , es necesario identificarlos.

Como la retroalimentación esta caracterizada por un solo parámetro =(c+a)/b, puede obtenerse un controlador autoajustable que estime este parámetro, basándose en el modelo.

y(k+1) = y(k) + u(k)

La estimación de por el método de los mininos cuadrados viene dada por:

u(k) = (k) * y(k) Los parámetros del controlador pueden obtenerse directamente (algoritmo directo e indirecto).

Los métodos indirectos se llaman a veces explícitos indicando que los parámetros del proceso han sido estimados. Los métodos directos se han llamado a veces implícitos.

A señalar que el control adaptivo puede tener problemas de estabilidad. El control adaptivo de

modelo de referencia, y tal como puede apreciarse en el diagrama de bloques, las perturbaciones que puedan entrar en el proceso no pasan por el modelo. De este modo, si el controlador no es capaz de compensarlas, el proceso empieza a desviarse del punto de consigna deseado y el operario se ve obligado a intervenir.

Algo parecido ocurre en el control adaptivo STR donde el bloque de estimación de

parámetros capta la influencia de las perturbaciones solo desde el lado de la señal de salida del sistema. Por otro lado, como el estimador de parámetros trabaja en lazo cerrado, si el lazo del controlador trabaja siempre correctamente no se podra modelizar adecuadamente el proceso.

Existe en el mercado una cantidad considerable de controladores adaptativos. Algunos

generan automáticamente una señal de ensayo de perturbación (ciclos de pulsos de altura seleccionada), estiman el modelo del proceso y calculan los parámetros del controlador PID a partir del modelo.

Otros analizan las respuestas del proceso controlado cuando se cambia la consigna o

cambian las condiciones de trabajo del proceso, y utilizan una técnica en lazo cerrado similar a la propuesta por Ziegler & Nichols. Él calculo de los parámetros tiende a lograr el mismo rebasamiento y amortiguamiento que el operador desea en la respuesta.

Otros modelos están adaptados al control distribuido y se basan en la estimación de mínimos

cuadrados y en la varianza minina. Si bien existen muchos lazos con control adaptivo, el control adaptivo no es una panacea.

Requiere una buena combinación con otros sistemas de control y una buena interfaz hombre maquina y, tal como se ha indicado, tiene problemas de estabilidad.

6.14. CONCLUSIÓN AL CONTROL Y EVALUACIÓN DE PROCESOS.

Resulta pues evidente, que para controlar y evaluar un proceso industrial se debe conocer su sustento científico, fundamento operativo y mucha experiencia operacional. Luego de esta etapa deben seleccionarse las variables de mayor incidencia, y observar el grado de independencia que presentan unas con respecto a otras. Por lo general, éstas se clasifican de acuerdo al grado de criticidad para el proceso, para determinar la frecuencia de control a la que deben someterse en un período de tiempo. Generalmente, éstas variables tienen directa relación con la producción y calidad

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del producto, de manera tal que si aumentan o disminuyen, se estudian y controlan con mayor rigurosidad.

El objetivo de evaluar es proporcionar mecanismos o métodos para controlar las variables de operación de proceso, observar sus fluctuaciones y predecir cambios, de modo de prevenir cualquier variación que altere el normal estándar de operación de la planta.

El flujo de información de control de procesos, por lo general tiene una estructura que se cimienta por medio de los controles automáticos de los procesos, medidos a través de sensores electrónicos o bien mediante mecanismos de muestreo, los que permiten obtener muestras representativas en un instante. La diferencia entre ambos es el tiempo de respuesta, mientras en el primer caso son automáticas, el segundo demora horas en entregar un resultado.

Hoy debido a los avances tecnológicos, se ha podido mejorar bastante el tiempo de entrega de información, ya que es obvio, que entre más rápido y confiable es un resultado de una observación, se pueden tomar más rápido las decisiones correctas en Planta.

En general, en la Industria Minero-Metalúrgica, existen variables de rápida información, como el tonelaje por minuto de mineral que beneficia a una planta, el flujo de soluciones o pulpas que circulan por tuberías, la temperatura de fluidos, etc.. Pero también hay variables que aún siguen dependiendo del tiempo de respuesta, como los leyes del mineral, concentraciones de soluciones, granulometría de mineral, etc., en resumen aquellas que dependen del Laboratorio. Esto se debe a la confiabilidad y exactitud que se necesita para estos datos, ya que todavía los equipos analizadores en línea, requieren aún mucho tiempo y delicada mantención, lo que perjudica su confiabilidad en los datos, además de los altos costos que hoy aún tienen, para invertir en éstos.

Fig.6.37. Control de procesos en un circuito SAG/Molino de bolas/flotación primaria

capitulo vii

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