tesis automatizacion

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I UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA TÍTULO DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO DEL PROCESO DE RETRATAMIENTO DEL RELAVE EN LA UNIDAD MINERA ORCOPAMPA DE LA EMPRESA BUENAVENTURA TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO ELECTRÓNICO AUTORES : Br. BALTA PERALES, RENATO ANTONIO Br. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ, CARLOS ALBERTO ASESOR : ING. LUIS VARGAS DÍAZ TRUJILLO - PERÚ 2010

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  • Br. CARLOS A. VSQUEZ VELSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES

    I

    UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERA

    ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELECTRNICA

    TTULO

    DISEO DEL SISTEMA DE CONTROL AUTOMTICO DEL PROCESO DE RETRATAMIENTO DEL RELAVE EN LA UNIDAD MINERA ORCOPAMPA DE

    LA EMPRESA BUENAVENTURA

    TESIS

    PARA OPTAR EL TTULO PROFESIONAL DE INGENIERO ELECTRNICO

    AUTORES : Br. BALTA PERALES, RENATO ANTONIO Br. VSQUEZ VELSQUEZ, CARLOS ALBERTO

    ASESOR : ING. LUIS VARGAS DAZ

    TRUJILLO - PER 2010

  • Br. CARLOS A. VSQUEZ VELSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES

    II

    PRESENTACIN

    Seores Miembros del Jurado:

    De acuerdo a lo establecido por el reglamento de Grados y Ttulos de la Universidad Privada Antenor Orrego, presentamos a vuestra consideracin nuestra tesis titulada:

    DISEO DEL SISTEMA DE CONTROL AUTOMTICO DEL PROCESO DE RETRATAMIENTO DEL RELAVE EN LA UNIDAD MINERA ORCOPAMPA DE LA EMPRESA BUENAVENTURA.

    Con la finalidad de obtener el Ttulo de Ingeniero Electrnico y esperando constituya una herramienta til de consulta para quienes se interesen en este tipo de estudio.

    Nuestra investigacin se ha desarrollado de acuerdo a las necesidades de la empresa en estudio, realizado un diseo de sistema de control automtico y aplicando nuestros conocimientos, esfuerzos e investigacin.

    Esperamos haber dado cumplimiento y satisfaccin a las expectativas y que este trabajo de investigacin sirva de gua o referencia para el desarrollo de futuras investigaciones.

    Trujillo, Junio 2010

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    III

    DEDICATORIA

    A mis Padres:

    Victoria E. Velsquez Prez Pablo E. Vsquez Valencia

    A mis Hermanos: Magally, Roberto y Carlos

    Carlos Vsquez

    Quienes con su cario y consejos, encaminan mi vida y me dan deseos de superacin para ser cada da mejor.

    Que con su amor, educacin, fortaleza y comprensin, son el refuerzo y la razn, para poder cumplir mis metas.

  • Br. CARLOS A. VSQUEZ VELSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES

    IV

    A mi Madre:

    Mary Perales Rivera

    A mi familia:

    Renato Balta

    Quienes con su existencia llenan mi vida de

    felicidad y son la fuente de inspiracin para ser

    cada da mejor.

    Que con su amor, paciencia y su digno ejemplo,

    guan mi camino y me apoyan en el logro de mis

    objetivos.

  • Br. CARLOS A. VSQUEZ VELSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES

    V

    AGRADECIMIENTO

    Expresamos nuestro profundo agradecimiento a:

    Todos los familiares, amigos y docentes, que de alguna manera u otra hicieron posible el

    desarrollo de esta presente tesis, que con sus consejos, apoyo y motivacin, alcanzamos

    un logro ms en nuestras vidas como profesionales.

  • Br. CARLOS A. VSQUEZ VELSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES

    VI

    RESUMEN

    Aos atrs en la unidad minera Orcopampa de la Compaa Buenaventura, el proceso de extraccin de oro era poco eficiente ya que la planta no se encontraba automatizada, de tal manera que un porcentaje de oro desperdiciaba en los relaves y con los aos se iba acumulando, entonces se tuvo que automatizar la planta para poder mejorar la eficiencia. El anlisis a lo relaves acumulados demostr un porcentaje considerable de oro por cada tonelada, entonces se construy la planta de retratamiento de relaves, esta planta no est automatizada de tal manera que la recuperacin de oro no es tan eficiente, entonces se requiere automatizar, esta planta de para mejorar la eficiencia. Se dio a conocer los conceptos bsicos de sistema de control clsico, as como arquitectura de control, sistema de monitoreo, relaves, espesadores, componentes qumicos que se usarn en el proceso cmo, cianuro, carbn activado, etc. todo esto con el fin llegar a los objetivos planteados y la comprensin del proceso. Se disearon los lazos de control apropiados, cada lazo est en funcin a valores o parmetros establecidos por diseos o clculos anteriores que nos permite analizar el funcionamiento de cada subproceso de la planta y as poder realizar la seleccin de instrumentos y equipos adecuadamente. Se dio paso al sistema de arquitectura de control y en conjunto a la filosofa de control se pudo realizar el diseo de las dos etapas como es la de repulpado y la de cianuracin representados en los diagramas de instrumentacin respectivos.

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    VII

    ABSTRACT

    Years ago in the mining unit Orcopampa of the Company Buenaventura, the gold extraction process was inefficient because the plant has not a proper process, so that a percentage of wasted gold in the tailings and over the years was accumulating, then the plant had to automate to improve efficiency. The analysis showed the tailings accumulated a considerable percentage of gold per ton, then built the tailings retreatment plant, this plant is not automated so that gold recovery is not as efficient, then you need to automate this plant to improve efficiency. He became known the basics of classical control system and control architecture, system monitoring, tailings thickeners, chemical compounds that were used in the process as, cyanide, carbon activated all this in order to reach goals raised and understanding of the process. Performed the appropriate control loops, each loop is a function of values or parameters set by previous designs or calculations that allows us to analyze the performance of each thread of the plant so we can make the selection of tools and equipment properly. It gave way to the control system architecture and overall control to the philosophy of the design could be made of the two stages like that of cyanide repulpable and represented in the respective instrumentation diagrams.

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    VIII

    NDICE

    PRESENTACIN................................................................................................................................. I DEDICATORIA ................................................................................................................................... II AGRADECIMIENTO .......................................................................................................................... IV RESUMEN .......................................................................................................................................... V ABSTRACT ........................................................................................................................................ VI NDICE ............................................................................................................................................... VII CAPTULO I INTRODUCCIN 1. PROBLEMA ................................................................................................................................... 1 2. ENUNCIADO DEL PROBLEMA ................................................................................................... 1 3. HIPTESIS ................................................................................................................................... 2 4. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA ........................................................................................... 2 5. OBJETIVOS ................................................................................................................................... 3

    5.1. Objetivo General ................................................................................................................... 3 5.2. Objetivos Especficos ............................................................................................................ 3

    6. DESCRIPCIN DEL SISTEMA ................................................................................................... 3 6.1. Generalidades ..................................................................................................................... 3

    CAPITULO II FUNDAMENTO TERICO 1. SISTEMAS DE AUTOMATIZACIN ........................................................................................... 7

    1.1. Sistemas en Bucle Abierto..................................................................................................... 8 1.2. Sistemas en Bucle Cerrado ................................................................................................... 8 1.3. Controladores ....................................................................................................................... 9

    1.3.1. Control Todo o Nada .................................................................................................. 9 1.3.2. Control PID ................................................................................................................ 10

    2. CONTROLADOR LGICO PROGRAMABLE (PLC)................................................................. 10 2.1. Ventajas Y Desventajas Del PLC ........................................................................................ 11 2.2. Partes De Un PLC ................................................................................................................ 13

    3. ARQUITECTURA DE CONTROL ............................................................................................... 13 3.1. Sistema de Control Distribuido ........................................................................................... 14 3.2. Buses de Campo ................................................................................................................. 15

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    IX

    3.2.1. Buses de Campo Propietario ................................................................................... 16 3.2.2. Buses de Campo Abierto.......................................................................................... 16

    4. HMI ............................................................................................................................................. 18 5. SCADA ................................................................................................................................. 20

    5.1. Concepto Bsico De Sistemas SCADA .............................................................................. 20 5.2. Funciones Principales Del Sistema SCADA ....................................................................... 21

    6. RELAVES ................................................................................................................................. 22 7. CIANURACIN ........................................................................................................................... 22

    7.2. Cianuracin dinmica.......................................................................................................... 22 7.3. Cianuracin Esttica ........................................................................................................... 23

    8. MTODOS LIXIVIANTES ........................................................................................................... 23 8.1. Mtodos de Cianuracin ...................................................................................................... 24

    8.1.1. Mtodo de Cianuracin tipo DUMP LEACHING .................................................... 24 8.1.2. Mtodo de Cianuracin tipo HEAP LEACHING.................................................... 24 8.1.3. Mtodo de Cianuracin tipo VAT LEACHING ...................................................... 25 8.1.4. Mtodo de Cianuracin por agitacin ...................................................................... 25

    8.2. Cianuracin por Agitacin en la Unidad Minera Orcopampa ............................................. 25 9. CARBN ACTIVADO .................................................................................................................. 26

    9.1. El carbn activado en la cianuracin ................................................................................... 27 10. ESPESADOR .............................................................................................................................. 27

    10.1. Principio de Operacin ....................................................................................................... 27 10.2. Tipos de Espesamientos ................................................................................................... 28

    CAPITULO III LAZOS DE CONTROL 1. NIVEL DE INTERFASE EN EL ESPESADOR. .......................................................................... 31 2. CONTROL DE DENSIDAD ......................................................................................................... 32 3. CONTROL DE FLUJO MASA ..................................................................................................... 34 4. IMPORTANCIA DEL pH EN EL TANQUE DE CIANURACION # 1 .......................................... 36 5. IMPORTANCIA DEL OXIGENO DISUELTO EN EL TANQUE DE CIANURACION # 1 ........ 37 6. CONTROL DE NIVEL DE AGUA ................................................................................................ 38 7. CONTROL DE NIVEL EN EL HOLDING TANK ......................................................................... 39

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    CAPITULO IV SELECCIN DE INSTRUMENTOS Y EQUIPOS 1. CRITERIOS DE SELECCIN DE INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE CONTROL ................ 42

    1.1. Instrumentos de Medicin .................................................................................................... 42 1.2. Vlvulas de Control............................................................................................................... 43 1.3. Equipos de Control .............................................................................................................. 44

    1.3.1. Controlador Lgico Programable ............................................................................. 44 2. SELECCIN DE INSTRUMENTOS Y EQUIPO DE CONTROL .............................................. 45

    2.1. Seleccin de Instrumentos ................................................................................................... 45 2.1.1. Sensor Ultrasonido De Nivel .................................................................................... 45 2.1.2. Densmetro Radiactivo ............................................................................................. 47 2.1.3. Medidor de pH .......................................................................................................... 49 2.1.4. Medidor de Oxigeno Disuelto ................................................................................... 52 2.1.5. Medidor de Flujo ...................................................................................................... 54 2.1.6. Vlvula Pinch Neumtica ......................................................................................... 57 2.1.7. Vlvula de Control Electroneumtica ....................................................................... 58 2.1.8. Vlvula Neumtica Tipo Cuchilla ............................................................................ 59 2.1.9. Electrovlvulas ......................................................................................................... 61 2.1.10. Transductor De Corriente ......................................................................................... 63 2.1.11. Variadores de Velocidad .......................................................................................... 64

    2.2. Seleccin de Equipo De Control .......................................................................................... 69 2.2.1. PLC QUANTUM 140CPU534-14 ............................................................................. 69 2.2.2. PLC Modicon M340 .................................................................................................. 72

    CAPITULO V DISEO DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIN 1. ARQUITECTURA DEL SISTEMA CONTROL .......................................................................... 75 2. FILOSOFA DE CONTROL ......................................................................................................... 78 2.1. Control Discreto ................................................................................................................... 80 2.2. Seleccin Automtico/Manual (VIA PLC) ........................................................................... 80 2.3. Seleccin Local/Remoto ...................................................................................................... 81 3. DIAGRAMAS DE INSTRUMENTACIN .................................................................................... 82 3.1. Diagrama De Instrumentacin del proceso de Repulpado ............................................... 82

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    3.2. Diagrama De Instrumentacin del proceso Cianuracin ................................................... 85 4. SCADA DEL PROYECTO........................................................................................................... 87 CAPITULO VI COSTOS DEL PROYECTO 1. GENERALIDADES ...................................................................................................................... 92 2. COSTOS DEL PROYECTO ........................................................................................................ 92

    2.1. Costos de Los Instrumentos ............................................................................................... 93 2.2. Costos de Equipos De Control .......................................................................................... 94 2.3. Costos de Equipos a nivel de supervisin ......................................................................... 94 2.4. Costos por mano de obra .................................................................................................. 94

    3. JUSTIFICACIN DEL PROYECTO ........................................................................................... 95 4. FINANCIACIN ........................................................................................................................... 95 CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 96 RECOMENDACIONES ..................................................................................................................... 97 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................................. 98 ANEXOS

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    INDICE DE FIGURAS

    Fig. 1 : Ubicacin geogrfica ...................................................................................................... 4 Fig. 2 : Esquema del proceso de repulpado .............................................................................. 5 Fig. 3 : Esquema del proceso de cianuracin ............................................................................ 6 Fig. 4 : Sistema de bucle abierto ............................................................................................................ 8 Fig. 5 : Sistema de bucle cerrado .......................................................................................................... 9 Fig. 6 : Ejemplos de circuitos sin PLC ...................................................................................... 12 Fig. 7 : Ejemplos de circuitos con PLC..................................................................................... 13 Fig. 8 : Sistema de control distribuido ...................................................................................... 15 Fig. 9 : HMI ................................................................................................................................ 19 Fig. 10 : Espesador por gravedad .............................................................................................. 29 Fig. 11 : Espesador por flotacin ............................................................................................... 30 Fig. 12 : Proceso de control de densidad ................................................................................... 32 Fig. 13 : Diagrama de flujo de control de densidad ................................................................... 33 Fig. 14 : Proceso de control de flujo masa ................................................................................. 34 Fig. 15 : Diagrama de flujo de control de flujo masa ................................................................. 35 Fig. 16 : pH en el tanque cianuracin #1 ................................................................................... 36 Fig. 17 : Diagrama de flujo del pH en el tanque de cianuracin #1 .......................................... 37 Fig. 18 : Proceso de control de nivel de agua ............................................................................ 38 Fig. 19 : Diagrama de flujo de control de nivel de agua ............................................................ 39 Fig. 20 : Proceso de control de nivel en el holding tank ............................................................ 40 Fig. 21 : Diagrama de flujo de control de nivel en el holding tank ............................................ 41 Fig. 22 : Medidor de nivel por ultrasonido .................................................................................. 47 Fig. 23 : Densmetro Radiactivo ................................................................................................. 48 Fig. 24 : Medidor de pH ............................................................................................................... 52 Fig. 25 : Medidor de Oxigeno Disuelto ....................................................................................... 54 Fig. 26 : Principio de Operacin de Flujmetro de Efecto Vortex ............................................. 56 Fig. 27 : Medidor de Flujo ........................................................................................................... 56 Fig. 28 : Vlvula Pinch Neumtica .............................................................................................. 58 Fig. 29 : Vlvula Neumtica Proporcional .................................................................................. 59 Fig. 30 : Vlvula Neumtica Tipo Cuchilla ................................................................................. 61 Fig. 31 : Electrovlvula ON/OFF ................................................................................................. 62 Fig. 32 : Transductor De Corriente ............................................................................................. 63

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    Fig. 33 : Instalacin tpica del variador de velocidad con un motor trifsico ............................ 68 Fig. 34 : Variadores de velocidad Micromaster 440 .................................................................. 69 Fig. 35 : PLC Quantum 140CPU534-14 ..................................................................................... 71 Fig. 36 : PLC Modicon M340 ...................................................................................................... 74 Fig. 37 : Arquitectura de Sistema De control ............................................................................. 77 Fig. 38 : Relaveras ...................................................................................................................... 79 Fig. 39 : Diagrama de Instrumentacin del proceso de repulado ............................................. 84 Fig. 40 : Diagrama de Instrumentacin del proceso de cianuracin ......................................... 86 Fig. 41a : SCADA del Proceso de Repulpado ............................................................................. 88 Fig. 41b : SCADA del Proceso de Repulpado ............................................................................. 89 Fig. 42 : SCADA del Proceso de Cianuracin ........................................................................... 89 Fig. 43 : Display para el ingreso de datos de cada lazo de control .......................................... 90 Fig. 44 : Display para mostrar datos de los motores ................................................................. 90 Fig. 45 : Reporte de datos del SCADA ....................................................................................... 91

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    INDICE DE TABLAS

    Tabla. 1 : Presin de trabajo de vlvula de control neumtica ................................................... 60 Tabla. 2 : Seleccin de Variadores de Velocidad ........................................................................ 66 Tabla. 3 : Caractersticas del PLC Quantum 140CPU534-14 .................................................... 70 Tabla. 4 : Caractersticas del PLC Modicon M340 ...................................................................... 72 Tabla. 5 : Costos de Instrumentos ................................................................................................ 93 Tabla. 6 : Costos de Equipos de Control...................................................................................... 94 Tabla. 7 : Costos de Equipos a Nivel de Supervisin .................................................................. 94 Tabla. 8 : Costos por Mano de Obra ............................................................................................ 94

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    CAPITULO I

    INTRODUCCIN

    1. EL PROBLEMA En el departamento de Arequipa se ubica la unidad minera Orcopampa perteneciente a la compaa de minas BUENAVENTURA, la cual inicio sus operaciones hace 42 aos. El procesos para separar el oro de la roca era significativamente menos eficiente de lo que es ahora, por tanto, un porcentaje de oro no se recuperaba y se desperdiciaba e iba a parar a las canchas de relaves. Se realizaron estudios para procesar el relave seco, aprobndose el proyecto e inicindose la implementacin el ao 2007, la planta est constituida por dos etapas bien definidas, la primera es la etapa de repulpado, que cuenta con una tolva de almacenamiento, una faja transportadora un cilindro lavador, un espesador, un tanque de agua, tanque holding tank, bombas y vlvulas, en esta etapa se realizan controles de nivel y de densidad. La segunda etapa es la de cianuracin que cuenta con tanques de cianuracin, bombas y agitadores. Actualmente las dos etapas no existe un control automtico, sumado a esto no tienen un sistema de control de la cantidad que procesan diariamente.

    2. ENUNCIADO DEL PROBLEMA Es posible realizar el Diseo del sistema de control automtico del proceso de retratamiento del relave en la unidad minera Orcopampa de la empresa Buenaventura?

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    3. HIPTESIS La automatizacin de planta de repulpado y cianuracin en la unidad minera Orcopampa significara asegurar un aumento en la eficiencia del procesamiento de oro.

    4. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA

    Habiendo realizado una pesquisa bibliogrfica, respecto a los antecedentes del presente trabajo, se tiene que:

    En biblioteca: Se busc informacin en la Biblioteca Especializada de la Universidad Privada Antenor Orrego, se encontr una tesis relacionado con el tema. Autor: Br Eduardo Ral Arca Torrejn Titulo: Diseo e implementacin de un sistema de supervisin y control de proceso de relaves en la unidad minera Rosaura de le empresa PERUBAR. Conclusiones: Al analizar la problemtica y con el estudio de la automatizacin se dio paso al diseo del sistema de supervisin y control del proceso de disposicin de relaves en la unidad minera Rosaura de la empresa Perubar. Haciendo un diseo de sistemas de control as como los lazos de control para las diversas variables del proceso, determinacin de las entradas y salidas necesarias. Luego procedi al diseo del diagrama de instrumentacin con la seleccin de los instrumentos y equipos necesarios para el proceso ya mencionado, implementando tambin el software de control y supervisin apropiada, finalizando su instalacin e implementacin del proyecto en base a lo diseado.

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    5. OBJETIVOS: 5.1. Objetivo General

    Disear la automatizacin ms adecuada para el proceso de retratamiento del relave en la unidad minera Orcopampa

    5.2. Objetivos Especficos

    Disear un sistema de control el cual debe cumplir con los lineamientos de la

    planta. Disear un sistema de control, seguro, amigable y confiable en donde el operador

    pueda realizar las distintas operaciones de manera fcil e intuitiva, utilizando para ello todas las herramientas que los componentes ofertados puedan tener.

    Realizar una adecuada seleccin de instrumentos, controlador lgico programable (PLC), Scada, etc. de acuerdo a los requerimientos del sistema.

    6. DESCRIPCIN DEL SISTEMA

    6.1. Generalidades

    Ubicacin Ubicada en la Provincia de Castilla, Departamento de Arequipa a 1,350Km de Lima entre 3,800 y 4,500 msnm. Accesos a la mina Arequipa Aplao Viraco - Orcopampa 370 km. Arequipa - Sybayo - Caylloma - Orcopampa 320 km. Por va area Principales productos (en orden de importancia): ORO PLATA Tipo de operacin y minas Subterrnea en las minas Nazareno, Prometida, Lucy Piso y Prosperidad.

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    Mtodo de explotacin Mtodo de Corte y Relleno Ascendente Mecanizado Limpieza con Scoop de 0.5, 1.0, 2.2 y 3.5 Yd3 Extraccin de Mineral hacia el Pique se realiza con Camiones de bajo perfil y

    locomotoras trolley El mineral es izado a nivel superficie por el Pique Nazareno Transporte de mina a Planta con volquetes Volvo de 24 Tn.

    Fig. 1: Ubicacin geogrfica

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    Buena enturade MinasCompaia

    U.E.A. Orcopampa

    DISEADO POR:: BR. RENATO BALTA Y BR. CARLOS VASQUEZ

    VERIFICADO POR: ING. LUIS VARGAS DIAZ.

    TURBINE RAKE

    PANEL DE CONTROL

    GGA R

    CUTOUT ALARM CUTOUT

    RICE

    DRIVE

    RUNNINGRUNINNG

    RAKEDRIVEHIGHTORKE

    VELOCIDADIMPULSOR

    FALLA VFD

    IMPULSORFUNCIONANDO

    GM MTURBINE RAKE

    EMPRESA: COMPAIA DE MINAS BUENA VENTURA S.A.A

    TITULO: ESQUEMA DEL PROCESO DE REPULPADO

    APROBADO POR: ING. LUIS VARGAS DIAZ.

    DIBUJADO POR:: BR. RENATO BALTA Y BR. CARLOS VASQUEZ

    N DE PLANO: DWG - 1

    HOJA: 1

    UBICACION EN INDICE DEL PROYECTO: FIG. 2 - PAG 5

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    Buena enturade MinasCompaia

    U.E.A. Orcopampa

    DISEADO POR:: BR. RENATO BALTA Y BR. CARLOS VASQUEZ

    VERIFICADO POR: ING. LUIS VARGAS DIAZ.

    EMPRESA: COMPAIA DE MINAS BUENA VENTURA S.A.A

    TITULO: ESQUEMA DEL PROCESO DE CIANURACION

    APROBADO POR: ING. LUIS VARGAS DIAZ.

    DIBUJADO POR:: BR. RENATO BALTA Y BR. CARLOS VASQUEZ

    N DE PLANO: DWG - 2

    HOJA: 1

    UBICACION EN INDICE DEL PROYECTO: FIG. 3 - PAG 6

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    CAPITULO II

    FUNDAMENTO TERICO

    1. SISTEMAS DE AUTOMATIZACIN Desde los inicios de la era industrial hasta la actualidad, la automatizacin de procesos ha pasado a ser una herramienta indispensable, actualmente ninguna empresa puede dejar de lado la automatizacin de sus procesos pues sta aumenta la calidad de sus productos finales, reduce los tiempos de produccin, realiza tareas complejas, reduce los desechos y por lo tanto aumenta la rentabilidad productiva. La mayor calidad en los productos se logra mediante exactitud de las mquinas automatizadas y por la eliminacin de los errores propios del ser humano, lo que a su vez repercuten grandes ahorros de tiempo y materia. Consideramos como proceso, al conjunto de los diferentes momentos sucesivos o tambin de las diferentes acciones sucesivas realizadas para conseguir un determinado resultado. Un sistema es una combinacin de componentes que actan conjuntamente para cumplir un determinado objetivo. Denominamos perturbaciones de un proceso como aquellos hechos o situaciones que se producen en el sistema y que tienden a afectar adversamente el desarrollo del proceso. Si la perturbacin se genera dentro del sistema, se denomina perturbacin interna, mientras que una perturbacin externa se genera fuera del mismo. La palabra control se toma en el sentido de regular, dirigir o mandar y la podemos considerar como el conjunto de acciones complementarias encaminadas al mando y dominio de otras actividades y por ello, un sistema de control es una interconexin de componentes que forman una configuracin de tal manera que mandan, dirigen o regulan a un sistema segn una respuesta deseada del mismo. Se denomina consigna (punto de referencia) a las condiciones de

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    referencia en las que esperamos que se desarrolle el proceso o dicho de otra forma, representa el comportamiento deseado para el mismo. Con la consigna se establece los posibles mrgenes de variacin de determinadas magnitudes que sern comparadas con otras de la misma naturaleza medidas en el proceso y que lo caracterizan. Los sistemas de control, segn que el desarrollo del proceso tenga efecto o no sobre la accin de control, se pueden clasificar en: sistemas de bucle (o lazo) abierto y sistemas de bucle cerrado.

    1.1. Sistemas en Bucle Abierto

    Se caracterizan porque la informacin o variables que controlan el proceso circulan en una sola direccin, desde la unidad de control al proceso. El sistema de control no recibe ninguna informacin sobre el desarrollo (variables de salida) del mismo y, por tanto ste no tiene ningn efecto sobre la accin de control. La siguiente figura muestra el diagrama de bloques de un sistema de control de este tipo:

    Fig. 4: Sistema de bucle abierto

    En estos sistemas, la consigna determina una condicin de operacin fija no adaptable a los posibles cambios. La precisin depende de la calibracin y, cuando se producen perturbaciones (internas o externas), el proceso no se desarrolla de la forma esperada.

    1.2. Sistemas en Bucle Cerrado

    Se tiende a mantener una relacin preestablecida entre el desarrollo del proceso (variables de salida) y las entradas de referencia (consigna), comparndolas y utilizando su diferencia como seal de control. La siguiente figura muestra el diagrama de bloques de uno de estos sistemas.

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    Fig. 5: Sistema de bucle cerrado

    Cualquier proceso que queramos controlar, estar sometido a perturbaciones (internas y externas) que tendern a desviarlo de su desarrollo deseado. Para conocer el desarrollo del proceso y poder compensar as sus desviaciones, se seleccionan aquellas magnitudes que lo caractericen, y que son medidas a travs de los sensores, de tal forma que nos permiten conocer si el proceso est evolucionando dentro de los mrgenes preestablecidos o no. Las seales que producen los sensores se comparan con las seales de referencia o consigna (que establecen la situacin deseada) de tal forma que la seal diferencia de ambas (seal error) determina las acciones a realizar, tienden a acercar la respuesta del sistema a la deseada. El trmino lazo o bucle cerrado implica el uso de la accin de control realimentado para reducir el error en el sistema. En la mayora de los procesos controlados se utiliza el de lazo cerrado, ya que posibilita tanto el control continuo de determinadas magnitudes y por tanto la posibilidad de reaccin sobre su desarrollo.

    1.3. Controladores

    1.3.1. Control Todo o Nada

    Es la regulacin ms simple y econmica, utilizada en numerosas aplicaciones en las que puede admitirse una oscilacin continua entre dos lmites, siempre y cuando se trate de procesos de evolucin lenta, como ejemplos podemos citar la regulacin de nivel o de temperatura, todos stos son problemas relativamente sencillos de lgica digital, quiere decir de dos estados cero o uno, o tambin on/off. Numerosos reguladores incorporan esta funcin bsica, que adems ofrece la mxima rapidez de respuesta y en ocasiones se recurre a este tipo de control cuando el error es grande, y se

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    pasa de forma automtica a otro tipo de regulacin cuando el error se aproxima a cero.

    1.3.2. Control PID

    El algoritmo de control ms ampliamente extendido es el PID, pero existen muchos otros mtodos que pueden dar un control de mayor calidad en ciertas situaciones donde el PID no responde a la perfeccin. El PID da buenos resultados en la inmensa mayora de casos y tal vez es por esta razn que goza de tanta popularidad frente a otros reguladores tericamente mejores. Los diseadores de software de regulacin pretenden que programar los nuevos sistemas de control sea tan fcil y familiar como el PID, lo que posibilitara una transicin sin dificultades. Sea cual sea la tecnologa de control, el error de regulacin es la base a partir de la cual acta el PID y se intuye que cuanto ms precisa sea la medida, mejor se podr controlar la variable en cuestin. Esta es la razn por la que el sensor es el elemento crtico del sistema. Tambin se debe pensar en la instalacin, especialmente en la forma en que se transmiten los datos del sensor hacia el regulador y posibles fuentes de interferencias. Un regulador proporcional-integral-derivativo o PID tiene en cuenta el error, la integral del error y la derivada del error. La accin de control se calcula multiplicando los tres valores por una constante y sumando los resultados. Los valores de las constantes reciben el nombre de constante proporcional, integral, derivativa y definen el comportamiento del regulador.

    2. CONTROLADOR LGICO PROGRAMABLE (PLC)

    Hasta no hace mucho tiempo el control de procesos industriales se vena haciendo de forma cableada por medio de contactores y rels. Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones, se le exiga tener altos conocimientos tcnicos para poder realizarlas y posteriormente mantenerlas, adems cualquier variacin en el proceso supona modificar fsicamente gran parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo tcnico y un mayor desembolso econmico.

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    El PLC trabaja atendiendo sus entradas y dependiendo de su estado conecta/desconecta sus salidas. El usuario introduce un programa, normalmente va software que proporciona los resultados deseados. Los PLC son utilizados en muchas aplicaciones reales, casi cualquier aplicacin que necesite algn tipo de control elctrico necesita un PLC. Entonces se define un PLC como una computadora especializada, diseada para controlar maquinas y procesos en ambientes industriales operando en tiempo real.

    2.1. Ventajas y Desventajas del PLC

    a) Ventajas

    Menor tiempo empleado en la elaboracin de proyectos debido a que: - La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el

    presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega, etc.

    - Posibilidad de realizar modificaciones sin cambiar el cableado. - Mnimo espacio de ocupacin. - Menor costo de mano de obra de la instalacin. - Economa de mantenimiento, aumento de la fiabilidad del sistema al

    eliminar contactos mviles, los mismos autmatas pueden detectar e indicar averas.

    - Posibilidad de gobernar varias maquinas con un mismo autmata. - Menor tiempo para la puesta de funcionamiento del proceso al quedar

    reducido el tiempo de cableado. - Si por alguna razn la maquina queda fuera de servicio, el autmata queda

    til para otra mquina o sistema de produccin.

    b) Desventajas En primer lugar, de que hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a los tcnicos, pero hoy en da ese inconveniente est solucionado porque las universidades y/o institutos superiores ya se encargan de dicho adiestramiento. Pero hay otro factor importante como el costo inicial que puede o no ser un inconveniente, segn las caractersticas del automatismo en cuestin, dado que el PLC cubre ventajosamente en amplio espacio entre la lgica cableada y el microprocesador es preciso que el proyectista lo conozca tanto en cualidades

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    como sus limitaciones, por tanto, aunque el coste inicial debe tenerse en cuenta a la hora de decidirnos por uno u otro sistema, conviene analizar todos los dems factores para asegurarnos una decisin acertada.

    c) Ejemplos de circuitos sin PLC

    La siguiente figura muestra un tpico circuito de automatismos, Un arrancador Estrella/Tringulo con temporizador, donde por una parte tenemos el circuito de fuerza, que alimenta el motor, y por otra el circuito auxiliar o de mando, que realiza la maniobra de arranque de dicho motor.

    Fig. 6: Ejemplo de circuitos sin PLC

    d) Ejemplos de circuitos con PLC

    La siguiente figura muestra como se realiza el mismo propsito de manera programada, el circuito de fuerza es exactamente el mismo que en la tcnica cableada, sin embargo, el de mando ser sustituido por un autmata programable, al cual se unen elctricamente los pulsadores y las bobinas de los contactores. La maniobra de arranque la realizara el programa que previamente se ha transferido al autmata.

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    Fig. 7: Ejemplo de circuitos con PLC

    2.2. Partes de un PLC La estructura bsica de cualquier autmata es la siguiente:

    Fuente de alimentacin

    CPU

    Mdulos I/O

    Terminal de programacin

    Perifricos de comunicacin. 3. ARQUITECTURA DE CONTROL

    La arquitectura de control es el conjunto de elementos involucrados que regulan el comportamiento de un sistema a controlar, (controladores, sensores, actuadores, sistema de supervisin, buses de comunicacin, etc.) sta tendr xito en funcin a la capacidad de adaptarse a las necesidades especficas de cada proceso, por lo tanto, un sistema de control debe: garantizar la estabilidad, ser robusto frente a perturbaciones, tener alta escalabilidad, ser fcilmente implementable, ser cmodo de operar en tiempo real con ayuda de un ordenador y ser tan eficiente como sea posible de acuerdo al criterio preestablecido, puesto

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    que en todas industrias se desea que los productos finales de los procesos sean de calidad, a precio competitivo, suministro a la brevedad de tiempo, todos stas caractersticas influyen mucho en la eficiencia del sistema de control. Las necesidades productivas de cada industria marcarn las caractersticas de su sistema de control. Por otra parte, las tecnologas estn cambiando a una enorme velocidad, lo que hace que el predominio de una tecnologa de control, durante un determinado perodo de tiempo, sea ms intenso, de tal manera que hay que ser muy objetivo a la hora de implementar una nueva tecnologa, normalmente se realizaba un control centralizado que podan gestionar cientos de lazos, al seguir avanzando los procesos y las tecnologas apareci la necesidad del control distribuido dividindolas en partes, las cuales eran supervisadas por un sistema superior, que a su vez pasaba la informacin a los sistemas informticos de gestin segn la pirmide o niveles de comunicaciones.

    3.1. Sistema de Control Distribuido

    Control distribuido se denomina a la asignacin de tareas a varios controladores instalados en zonas estratgicas en la planta como muestra en la Fig. 8, en vez de instalar un controlador central de gran capacidad, los pequeos controladores interconectados va un sistema de bus de campo. Presentando las siguientes ventajas:

    Programacin ms sencilla con programas ms pequeos.

    Un arreglo ms confiable de la estructura del sistema.

    Facilidad para ampliar o modificar el sistema.

    Mayor disponibilidad de informacin en el sistema debido a la presciencia de controladores autnomos.

    Tiempo de reaccin muy cortos, independiente de los tiempos de operacin de bus. Aunque muchas veces, de forma errnea, son agrupadas dentro del trmino "Bus de Campo", las redes de control distribuido son sistemas de comunicaciones completos, dirigidos fundamentalmente a la transmisin de informacin, que permite la interconexin de mltiples dispositivos de proceso con la inteligencia suficiente como para soportar el protocolo de comunicaciones de la red y para elaborar la informacin que sta requiera. Ejemplos de este tipo de redes seran Ethernet/TCP/IP o Industrial-Ethernet, la diferencia fundamental respecto a los "Buses de Campo" es que para ste caso no se est realizando un clculo multiplexado de bits digitales, si no, que se

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    establece una comunicacin interactiva entre los diferentes elementos o dispositivos que componen la red, por ejemplo, el centro de control no slo podr parametrizar un dispositivo concreto de la red, si no, que podr modificar ntegramente el programa que dicho dispositivo ejecuta, transferir ficheros, requerir histricos de datos almacenados, etc.

    Fig. 8: Sistema de control distribuido En general las redes de control distribuido son las ms utilizadas en los sistemas de supervisin y/o adquisicin donde los dispositivos distribuidos disponen de un grado de inteligencia tal que pueden conformar clulas autnomas de control con su propia capacidad de procesado y almacenamiento de la informacin y que, por lo tanto, son totalmente independientes de la existencia o no del ordenador de central de proceso.

    3.2. Buses de Campo

    Bus de campo llamado tambin Fieldbus es relacionado con una red de caractersticas propias, que nos permite conectar dispositivos de campo ubicados en plantas industriales, con el fin que interacten entre ellos, en cierta medida es cierto, pero no es la definicin ms adecuada. Fieldbus se refiere a tecnologas de comunicacin y protocolos usados en automatizacin y control de procesos industriales. La tarea del bus de campo es comunicar los sensores y actuadores con sistemas inteligentes como los PLC y las computadoras, de manera que la informacin que ellos puedan brindar, pueda recorrer el sistema de informacin de toda la planta.

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    El bus de campo debe cumplir estrictamente con los requerimientos de modularidad, seguridad, flexibilidad, resistencia a interferencias, facilidad de instalacin, mantenimiento, programacin, adems debe cumplir principalmente dos aplicaciones diferentes:

    El control secuencial de las maquinarias o fbricas, donde la proteccin contra el peligro de explosin no es un factor crtico. Se caracteriza por tiempos de reaccin cortos, elevada velocidad de transmisin y longitud de buses de hasta 300 metros.

    El control de procesos, donde la proteccin contra los peligros de explosin debe ser intrnsecamente segura, es posible tener ciclos de tiempo de 100ms para control y se puede cubrir mayores distancias a 1500 mts.

    3.2.1. Buses de Campo Propietario

    Son aquellos sistemas que se caracterizan por su restriccin de componentes a los productos de un solo fabricante, por lo tanto, no existe compatibilidad con productos de otros fabricantes. Una de las ventajas principales de estos buses de campo cerrados o propietarios es que tienen bajo requerimiento de configuracin y puesta a punto, ya que todos los componentes se obtienen de un solo fabricante.

    3.2.2. Buses de Campo Abierto

    Los buses de campo abierto son todo lo contrario, son sistemas que facilitan la comunicacin entre dispositivos de diferentes sin necesidad de adaptaciones de adicionales, en pocas palabras, los usuarios podrn usar o desarrollar productos basados en estos buses de campo abiertos a un costo razonable y sin mucho esfuerzo, existe una completa disponibilidad de herramientas y componentes de hardware y software. Un bus de campo debe permitir por lo menos tres cosas:

    Interconectividad: Los diversos fabricantes pueden ser conectados en forma segura al bus.

    Interoperatibilidad: Es la habilidad para la conexin de diversos elementos de diversos fabricantes.

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    Intercambio: Los equipos de un fabricante pueden ser reemplazados con una funcionalidad equivalente por equipos de otros fabricantes.

    Si la interoperabilidad no puede ser lograda, la misma operacin del bus de campo es limitada y tal bus de campo se convierte en una opcin poco til. La ltima meta es la capacidad de intercambio, esto solo puede ser posible si las especificaciones son completas y se cuenta con un apropiado sistema de prueba y validacin de los equipos. Si se selecciona correctamente un bus de campo para una determinada aplicacin se puede ofrecer al usuario muchas ventajas tangibles e intangibles tales como:

    Reduce la complejidad del sistema de control en trminos de hardware. Permite reducir la cantidad de equipos de control tales como: PLC, DCS, hardware, etc. adicionalmente reduce la necesidad de instalar grandes cabinas de control para tales equipos, como el cableado es drsticamente reducido en el campo, la cantidad de accesorios de montaje tambin se reduce drsticamente. Todo esto implica un ahorro directo y muy significativo de costos.

    Al reducir los requerimientos de hardware, tambin se reducen los tiempos

    de instalacin y requerimientos de mano de obra. La implementacin fsica de las instalaciones es mucho ms rpida, adems, las funciones de diagnostico de Fieldbus identifican cualquier error en las conexiones.

    Debido a que se reduce la complejidad del sistema de control, la etapa de

    diseo que es la parte de ingeniera se desarrolla en menor tiempo y por tanto el costo es menor. La necesidad de disear complicados esquemas de control y de cableado se simplifica significativamente.

    Las modificaciones futuras, con actualizacin o ampliaciones que son

    fcilmente implementadas y a un costo menor.

    Al seleccionar un sistema reconocido, abierto y bien establecido, el equipo de campo de su planta puede se intercambiable con equipos de otros fabricantes sin preocupaciones por problemas de incompatibilidad.

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    Los tiempos de parada y perdidas de produccin son reducidos porque los procedimientos de diagnostico y correccin de fallas del sistema Fieldbus permiten tomar acciones rpidamente.

    En la actualidad existen muchas opciones. Algunos fabricantes han desarrollado sistemas basados en tecnologas disponible (como la interfaz RS-232 o el protocolo MODBUS) con las limitaciones existentes. Otras compaas, sin embargo, han desarrollado nuevos y ms poderosos estndares que ofrecen el manejo de mayores cantidades de informacin a mayor velocidad que MODBUS. Un ejemplo de ellos es PROFIBUS. Podemos listar aquellas que son de gran popularidad. Algunas de ellas son bus de campo completamente definidos, otras son solamente tecnologas bsicas. Algunos son sistemas propietarios y otros de arquitectura abierta. Los siguientes buses de campo son considerados obsoletos, con un buen pasado pero sin mucho futuro: - ModBus - Hart - Data highway - Data highway plus Algunos sistemas con mejor rendimiento: - ProfiBus DP - Allen-Bradley Remote I/O - ModBus Plus - DeviceNet - FIPIO - AS-I - SINEC - FIP - Omron Sysmac - Smart Distribuited System - ProfiBus FMS

    4. HMI

    La sigla HMI es la abreviacin en ingles de interfaz Hombre Maquina. Los sistemas HMI podemos pensarlos como una ventana de un proceso, sta ventana puede estar en dispositivos especiales como paneles de operador o en una computadora, los sistemas HMI

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    en computadoras se los conoce tambin como software HMI o de monitoreo y control de supervisin como indica la Fig. 9. Las seales del proceso son conducidas al HMI por medio de dispositivos como tarjetas de entrada y salida en la computadora, PLCs, RTU o variadores de velocidad de motores cuya comunicacin debe ser entienda por el HMI. Las funciones del HMI es de monitorear los datos de la planta en tiempo real, estos datos se pueden mostrar como nmeros, texto o grficos que permitan una lectura ms fcil de interpretar. La supervisin permite junto con el monitoreo la posibilidad de ajustar las condiciones de trabajo del proceso directamente desde la computadora. Las alarmas tienen la capacidad de reconocer eventos excepcionales dentro del proceso y reportar estos eventos. Las alarmas son reportadas basadas en lmites de control pre-establecidos. El control del HMI tiene la capacidad de aplicar algoritmos que ajustan los valores del proceso y as mantener estos valores dentro de ciertos lmites, sin embargo, la aplicacin de sta funcin desde un software corriendo en una PC puede quedar limitada por la confiabilidad que quiera obtenerse del sistema. Tambin tienen la capacidad de muestrear y almacenar en archivos, datos del proceso a una determinada frecuencia. Este almacenamiento de datos es una poderosa herramienta para la optimizacin y correccin de procesos.

    Fig. 9: HMI

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    5. SCADA

    5.1. Concepto Bsico de Sistemas SCADA

    Los sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) son aplicaciones de software, diseadas con la finalidad de controlar y supervisar procesos a distancia. Se basan en la adquisicin de datos de los procesos remotos. Es una aplicacin de software, especialmente diseada para funcionar sobre ordenadores en el control de produccin, proporcionando comunicacin con los dispositivos de campo, controladores autnomos, autmatas programables, etc. controlando el proceso de forma automtica desde una computadora, adems, enva la informacin generada en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como hacia otros supervisores dentro de la empresa, es decir, que permite la participacin de otras reas como por ejemplo: control de calidad, supervisin, mantenimiento, etc. Cada palabra de SCADA (Supervisin, Control y Adquisicin de datos) involucran muchos subsistemas, por ejemplo, la adquisicin de los datos puede estar a cargo de un PLC (Controlador Lgico Programable) el cual toma las seales y las enva a las estaciones remotas usando un protocolo determinado. Las tareas de Supervisin y Control generalmente estn ms relacionadas con el software SCADA, en el operador puede visualizar en la pantalla del computador de cada una de las estaciones remotas que conforman el sistema, los estados de sta, las situaciones de alarma y tomar acciones fsicas sobre algn equipo lejano, la comunicacin se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y estn diseados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos. Estos sistemas actan sobre los dispositivos instalados en la planta, como son los controladores, autmatas, sensores, actuadores, registradores, etc. Adems permiten controlar el proceso desde una estacin remota, para ello el software brinda una interfaz grfica que muestra el comportamiento del proceso en tiempo real.

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    5.2. Funciones Principales Del Sistema SCADA a) Supervisin Remota De Instalaciones Y Equipos: Permite al operador conocer el

    estado de desempeo de las instalaciones y los equipos alojados en la planta, lo que permite dirigir las tareas de mantenimiento y estadstica de fallas.

    b) Control Remoto De Instalaciones Y Equipos: Mediante el sistema se puede

    activar o desactivar los equipos remotamente (por ejemplo abrir vlvulas, activar interruptores, etc.) de manera automtica y tambin manual, adems, es posible ajustar parmetros, valores de referencia, algoritmos de control, etc.

    c) Procesamiento De Datos: El conjunto de datos adquiridos conforman la

    informacin que alimenta el sistema, esta informacin es procesada, analizada, y comparada con datos anteriores, y con datos de otros puntos de referencia, dando como resultado una informacin confiable y veraz.

    d) Visualizacin Grfica Dinmica: El sistema es capaz de brindar imgenes en

    movimiento que representen el comportamiento del proceso, dndole al operador la impresin de estar presente dentro de una planta real. Estos grficos tambin pueden corresponder a curvas de las seales analizadas en el tiempo.

    e) Generacin De Reportes: El sistema permite generar informes con datos

    estadsticos del proceso en un tiempo determinado por el operador.

    f) Representacin Se Seales De Alarma: A travs de las seales de alarma se logra alertar al operador frente a una falla o la presencia de una condicin perjudicial o fuera de lo aceptable. Estas seales pueden ser tanto visuales como sonoras.

    g) Almacenamiento De Informacin Histrica: Se cuenta con la opcin de

    almacenar los datos adquiridos, esta informacin puede analizarse posteriormente, el tiempo de almacenamiento depender del operador o del autor del programa.

    h) Programacin De Eventos: Esta referido a la posibilidad de programar

    subprogramas que brinden automticamente reportes, estadsticas, grfica de curvas, activacin de tareas automticas, etc.

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    6. RELAVES Los relaves son desechos txicos subproductos de procesos mineros, usualmente una mezcla de tierra, minerales, productos qumicos y agua. Los relaves contienen altas concentraciones de qumicos y elementos que alteran el medio ambiente, por lo que deben ser transportados y almacenados en "tanques o pozas de relaves" donde lentamente los contaminantes se van decantando en el fondo y el agua es recuperada. El material queda dispuesto como un depsito estratificado de materiales slidos finos. El manejo de relaves es una operacin clave en la recuperacin de agua y evitar filtraciones hacia el suelo. Dado que el costo de manejar este material es alto, las compaas mineras intentan localizar los "tanques o pozas de relave" lo ms cerca posible a la planta de procesamiento de minerales, minimizando costos de transporte y reutilizar el agua contenida.

    7. CIANURACIN

    7.1. Cianuracin dinmica

    En este proceso en movimiento o llamado tambin agitacin, cuyo objetivo es de mantener la pulpa en agitacin, obedece a la intencin de acelerar el proceso de disolucin y exposicin de las partculas metlicas a la accin del agente disolvente. Frecuentemente este tipo de operaciones pueden ser continuas, es decir, que en simultaneo puede irse alimentando el material al proceso y al mismo tiempo puede ocurrir la descarga del material procesado. En general este tipo de plantas suelen ser continuas, es decir que la pulpa es alimentada desde un primer tanque y a lo largo del proceso va fluyendo hasta un ltimo tanque donde, ya se le ha extrado el oro al mineral. En este proceso suele requerir de un tiempo de proceso (tiempo de residencia) de aproximadamente 18 horas, aunque eventualmente puede haber materiales que requieren mayor tiempo, si la intencin es de alcanzar mayores recuperaciones, sin embargo se debe evaluar el costo, porque no siempre el alcanzar altas recuperaciones resulta siendo lo ms rentable teniendo en cuenta que un proceso ms largo implica mayores gastos.

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    a) Tanques agitadores mecnicos En este tipo de operacin se usan plantas en las que la pulpa circula en tanques de metal, usualmente cilndricos, en los que el material slido es mantenido en suspensin agitada mediante el uso de motores.

    b) Tanques agitadores neumticos

    Es una operacin similar a la anterior, es decir que tambin se tratan de tanques metlicos para agitar la pulpa pero con la diferencia que la suspensin de la pulpa se efectan mediante el bombeo del aire en la base del tanque (llamados pachuca), muchos expertos consideran que adems de esta forma se puede acelerar las reacciones debido a la gran cantidad de aire que se introduce a la pulpa.

    7.2. Cianuracin Esttica

    Se define como aquellas en las que el material slido que se procesa no es sometido a movimiento, es decir que durante el proceso el mineral o relave se mantiene quieta. En este tipo de proceso el costo operativo suele ser bajo dado que no hay gasto de energa, adems son los tpicos procesos de bajos costo de capital, o sea inversin relativamente baja en funcin del tamao de planta segn el tonelaje, aplicado en mtodos de Cianuracin convencional.

    8. MTODOS LIXIVIANTES

    El trmino lixiviacin se define como un proceso hidro-metalrgico, significa que con la ayuda del agua como medio de transporte, se usan qumicos especficos para separar los minerales valiosos (y solubles en dichos lquidos) de los no valiosos. Este proceso permite trabajar yacimientos que suelen ser calificados de baja ley (y por tanto de ms alto costo de produccin por tonelada) siempre que la operacin minera involucre una actividad a gran escala, es decir, que la lixiviacin es un proceso de recuperacin que har econmico un proyecto conforme se trabajen mayores volmenes de material, en la actualidad los mtodos lixiviantes trabajan normalmente con cianuro. A continuacin algunos mtodos lixiviantes.

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    8.1. Mtodos de Cianuracin

    La decisin de aplicar tal o cual mtodo de Cianuracin a los minerales para recuperar el oro, es eminentemente econmica, previa evaluacin metalrgica, para cada uno de los casos tenemos los siguientes mtodos: - Mtodo de cianuracin tipo DUMP LEACHING - Mtodo de cianuracin tipo HEAP LEACHING - Mtodo de cianuracin tipo VAT LEACHING - Mtodo de cianuracin tipo CIANURACION POR AGITACION

    En todos los mtodos de Cianuracin del oro se va a obtener una solucin cargada de oro, la recuperacin o captacin del oro en solucin se logra en dos forma una es la del Carbn activado en CIC (Carbn en columna) o en CIP (Carbn en pulpa). La otra forma de recuperar el oro en solucin es la del Merril Crowe, que es la precipitacin del oro con polvos de Zinc.

    8.1.1. Mtodo de Cianuracin tipo DUMP LEACHING

    Este mtodo consiste en el amontonamiento del mineral tal como sale de la Mina, con el menor manipuleo del material, se procesan en gran volumen (millones de toneladas) con camas de una altura de ms de 80 metros, su sistema de riego es por goteo con soluciones cianuradas de bajsima concentracin, los contenidos de oro en los minerales es bajo estn alrededor de 1 gramo por tonelada de mineral.

    8.1.2. Mtodo de Cianuracin tipo HEAP LEACHING

    Este mtodo es similar al Dump Leaching, es el apilamiento o lo que es lo mismo formar pilas de mineral para ser rociadas por soluciones cianuradas por el sistema de goteo, aspersin o tipo ducha. El volumen de material es menor que el Dump pero los contenidos de oro son mayores a 1 gramos por tonelada, lo que permite en la mayora de las operaciones Heap una etapa de chancado a un tamao de de pulgada al 100 %. En muchas partes del mundo se continua haciendo Heap leach con chancado del mineral, aprovechando la alta porosidad que tienen los minerales.

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    8.1.3. Mtodo de Cianuracin tipo VAT LEACHING

    El nombre del mtodo est referido a que el mineral esta en un recipiente tipo Batea, entonces el mtodo Vat leaching sera el acumulamiento de mineral en una batea o un equivalente que puede ser pozas de concreto o mantas transportables, en el que se agrega las soluciones cianuradas por inundacin, las operaciones pueden ser de diverso tamao, las leyes en oro deben justificar la molienda, previamente a los riegos de soluciones cianuradas, se realiza una aglomeracin al material molido. Este mtodo mayormente se aplic a los relaves de amalgamacin de la zona, por los costos bajos y la metodologa casi artesanal, en el sistema de mantas transportables.

    8.1.4. Mtodo de Cianuracin por agitacin

    La Cianuracin por Agitacin es el Mtodo que requiere de la mxima liberacin del mineral, para obtener buenas recuperaciones en oro, si el oro es ms expuesto a las soluciones cianuradas, mayor ser su disolucin del oro. La recuperacin de oro de las soluciones ricas se realiza en dos formas: una es la del Carbn activado (CIP) y la otra tcnica es la de precipitar con polvos de zinc (Merril Crowe). Finalmente, hay que usar algunas tcnicas como la Desorcin del carbn activado, la electro deposicin del oro y la Fundicin y Refinacin del oro para obtener el oro de alta pureza.

    8.2. Cianuracin por Agitacin en la Unidad Minera Orcopampa

    La agitacin puede ser considerada como el mtodo mecnico de mezcla de pulpa con un exceso de aire, en tanques circulares de capacidad suficiente para permitir el equilibrio del oro a disolverse en la solucin cianurada, siendo el cianuro el agente lixiviante. Estos agitadores son de varios tipos de construccin, siendo divididos bsicamente de dos tipos principales, es decir aquellos que dependen completamente de elevadores de aire y en segundo lugar aquellos que dependen de una combinacin de aire y agitacin mecnica. En la unidad minera Orcopampa el proceso de flotacin antiguamente utilizado era poco eficiente, por ejemplo si en una tonelada de mineral haba 10 gramos con este mtodo solo se recuperaba 6 gramos, el resto se iba a las canchas de relaves. El

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    proceso de lixiviacin actual consiste en la cianuracin por agitacin, permitiendo recuperar un 95% del total de oro. Estudios realizados hace algunos aos, demostraron que en las relaveras antiguas existe un promedio de 6 gramos por tonelada de relave seco, la cual hizo realizar estudios de factibilidad para implementar una nueva planta, no se realizo dicha planta porque aun no era rentable, pero gracias al aumento del precio del oro en los ltimos aos, fue posible que se aprobara el proyecto para volver a procesar el relave seco mediante la tcnica de cianuracin por agitacin para recuperar el oro que se perda por la poca eficiencia de la tcnica antigua de recuperacin de oro, realizando clculos de cuantas toneladas de relave seco hay en las relaveras, y de la capacidad de procesamiento de la planta, de tal manera que se pretende procesar todo el relave acumulado durante aos.

    9. CARBN ACTIVADO

    El carbn activado, es un material de carbn poroso, un material que se ha sometido a reaccin con gases oxidantes (como CO2 o aire), o con vapor de agua, o bien a un tratamiento con adicin de productos qumicos como el H3PO4, durante (o despus) de un proceso de carbonizacin, con el objeto de aumentar su porosidad. Los carbones activados poseen una capacidad de adsorcin elevada y se utilizan para la purificacin de lquidos y gases. Mediante el control adecuado de los procesos de carbonizacin y activacin se puede obtener una gran variedad de carbones activados que posean diferentes distribuciones de tamao de poros. El carbn activado que se produce artificialmente de manera que exhiba un elevado grado de porosidad y una alta superficie interna, estas caractersticas, junto con la naturaleza qumica de los tomos de carbono que lo conforman, le dan la propiedad de atraer y atrapar de manera preferencial ciertas molculas del fluido que rodea al carbn, a esta propiedad se le llama adsorcin, al slido se le denomina adsorbente y a la molcula atrapada, adsorbato. Prcticamente cualquier material orgnico con proporciones relativamente altas de carbono es susceptible de ser transformado en carbn activado. Los carbones activados obtenidos industrialmente pueden provenir de, turba, lignito y otros carbones minerales, as como de diferentes polmeros y fibras naturales o sintticas, los residuos de madera, frutos secos, as

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    como las semillas de algunas frutas junto con los carbones minerales y el coque de petrleo, son los precursores ms usados, etc. Uno de los proceso para estos elementos es que se granula y se tamiza en diversos tamaos, especialmente en el mtodo de Cianuracin Carbn en Pulpa o cianuracin por agitacin.

    9.1. El Carbn Activado en la Cianuracin

    Las paredes internas y externas del carbn activado est formado por macro poros y micro poros donde por atraccin electrosttica se aloja los complejos cianurados de oro y otros, esta etapa se llama ABSORCIN, la velocidad de cintica de absorcin del oro es alta y en menor grado son las de la plata y mercurio, la proporcin de carbn que se alimenta al proceso es de acuerdo a un balance de metales y las capacidades de captacin de oro o metal por al carbn est de acuerdo a la calidad y cantidad de carbn usado. Se conoce que un carbn calgon (el ms duro), tiene una capacidad de captacin de 30 a 40 gramos de metal por kilogramo de carbn, estas eficiencias van perdiendo a medida que se sigue reutilizando en los procesos, unos 20 usos sera el optimo para descartarlo. La reactivacin de carbn activado es de dos clases. La ms simple es el ataque cido (clorhdrico) para limpiar las impurezas de los macro poros (sulfatos, carbonatos, etc.) y la reactivacin trmica se realiza para devolverle la eficiencia de captacin de metales, limpia los micro poros, en la mayora de casos es ms econmico reponer carbn nuevo en un porcentaje que hacerle servicio de Reactivacin trmica.

    10. ESPESADOR

    10.1. Principio de Operacin

    Un espesador es un aparato de separacin continua de solido liquido, en el que los slidos en suspensin se dejan decantar, produciendo un rebose de agua clarificada y un lodo concentrado en la descarga, cuando en la separacin se produce una decantacin y un posterior espesamiento de los lodos estamos hablando entonces de un espesador. Generalmente son circulares, la alimentacin se realiza por tubera a una campana central, que sirve como reparto y de zona tranquilizadora, con una altura tal que no influya en la zona inferior de compactacin. El fondo debe tener una

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    pendiente mnima de los 10 grados. En un espesador, el grupo motriz se halla instalado en el centro de la pasarela y mediante acoplamiento rgido, acciona el eje central en cuya parte inferior se hallan sujetos los brazos rascadores. El barrido y transporte de los fangos decantados hacia el centro se realiza con unas rasquetas del tipo espina de pez.

    Los fangos producidos en el tratamiento del agua poseen ms del 95% de agua, por lo que ocupan volmenes importantes, ello hace necesario un tratamiento para modificar sus caractersticas y permitir unas condiciones tales que su evacuacin y disposicin final sean ptimas desde el punto de vista sanitario, medio ambiental y de su manejo. La etapa de espesamiento incluye para reducir el volumen de los fangos mediante concentracin o eliminacin parcial de agua, finalmente se extrae el fango ya procesado mediante una tubera que se encuentra por la parte central debajo del espesador.

    10.2. Tipos de Espesamientos

    Los tipos ms frecuentes de espesamientos:

    Espesamiento por gravedad

    Espesamiento por flotacin

    Espesamiento por centrifugacin (casi no usado) El tipo de espesamiento a aplicar y su compactacin dentro de la lnea de fango, depende de la procedencia del fango a espesar y del tipo de tratamiento a efectuar, los ms usados son espesamiento por gravedad y flotacin.

    a) Espesamiento por gravedad

    Este mecanismo como indica la Fig. 10 se utiliza para la mezcla y homogeneizacin de fangos de distintos orgenes, de accionamiento central mediante cabeza de mando o de accionamiento central con motoreductor.

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    Fig. 10: Espesador por gravedad

    1. Cabeza de mando 5. Piquetas de espesamiento 2. Cilindro de distribucin 6. Barredores o rasquetas de fondo 3. Eje 7. Pasarela 4. Barredor de pozos de lodos

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    b) Espesamiento por flotacin Este mecanismo como indica en la Fig. 11 se utiliza para la flotacin de fangos, accionamiento mediante aire disuelto con recirculacin de sobrenadantes.

    Fig. 11: Espesador por flotacin

    1. Grupo motorreductor 6. Tolva de flotantes 2. Eje central 7. Cojinete eje central 3. Mecanismo de barrido supercial 8. Puente 4. Vertedero y pantalla reflectora 9. Escalera 5. Cilindro de distribucin 10. Pasarela

    c) Espesamiento por centrifugacin

    La centrifugacin tiene una aplicacin limitada como sistema de espesado en una depuradora. Alternativa vlida para cualquier tipo de fango, aunque est ms indicada para concentrar fangos muy hidrfilos (que difcilmente liberan el agua que contienen), de difcil compactacin.

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    CAPITULO III LAZOS DE CONTROL

    1. NIVEL DE INTERFASE EN EL ESPESADOR.

    En los procesos mineros se requieren grandes cantidades de agua para separar el mineral de la ganga, es por este motivo que conservar el agua es una necesidad y ms aun en lugares donde el agua es escasa, en este caso para reciclar el agua se usa un decantador, llamado comnmente espesador, como sabemos, la rastra de un tanque espesador se desplazar a velocidad constante dentro de la pulpa en su fondo, esta accin de barrido de las paletas genera un efecto de reaccin en forma de par resistente que es transmitida a travs del eje central hasta los accionamientos de los cabezales (engranajes), estos elementos mecnicos sometidos a esfuerzos variables, van a sealar por medio de sus indicadores los niveles de par que estn soportando en cada instante de tiempo. La magnitud del par de arrastre estar condicionada por el grado de compactacin de la pulpa decantada y a su vez en funcin directa de la altura de la columna de slidos. En un proceso de espesamiento de pulpa, cuanto ms alta esta la interfase mayor ser el contenido en slidos en el underflow. Lo que es lo mismo su densidad aumentara y consecuentemente el par necesario para el arrastre se incrementara en igual medida. Por lo tanto un indicador de nivel de interfase es de mucha importancia, se han reportado casos en que el nivel de pulpa iba aumentando y sin tomar accin alguna el cual evite que el sistema de la rastra se detenga, pues cuando llega el lmite de sobreesfuerzo detiene el movimiento de la rastra el

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    cual es un problema muy serio y toma varios das volver a arrancar el sistema de la rastra. El nivel de interfase tampoco puede ser muy bajo pues a la descarga del espesador se requiere que la pulpa tenga una densidad adecuada para la siguiente etapa, por este motivo se usa floculante el cual es una sustancia que acelera el proceso de sedimentacin, es decir provoca que los slidos en suspensin caigan con mayor fluidez.

    2. CONTROL DE DENSIDAD

    El control de densidad se realiza en la descarga del espesador, consiste en realizar una medicin de la densidad de la pulpa a la salida del espesador, de acuerdo al valor de densidad deseado, se controlara las vlvulas para enviar la pulpa hacia la siguiente etapa o recircular la pulpa hasta que llegue a tener una densidad apropiada. La etapa de cianuracin requiere que la pulpa tenga un nivel de densidad apropiado.

    Fig. 12: Proceso de control de densidad

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    VE = ON VHT = OFF

    BOMBA = ON

    Densidad >= 1,4 g/ml

    ESPESADOR

    VHT = ON

    DELAY = 3 SEG

    VE = OFF

    HOLDING TANK

    VE = ON

    DELAY = 3 SEG

    VHT = OFF

    Procedimiento Observamos en la Fig. 12, dos electrovlvulas (ON OFF) que la hemos llamado vlvula VE permite el retorno de la pulpa al espesador y la vlvula VHT permite el paso de la pulpa al Holding tank, con el densmetro colocado antes de las vlvulas se realiza un control de densidad. La vlvula VE se encuentra normalmente abierta y la vlvula VHT se encuentra normalmente cerrada, se arranca la bomba y la pulpa se recircula, es decir, vuelve al espesador, cuando el densmetro indique una densidad de pulpa mayor o igual que 1,4 g/ml la vlvula VHT se abrir y tres segundos despus la vlvula VE se cerrar, dejando pasar la pulpa hacia el holding tank. Una vez que la densidad de la pulpa tenga un valor menor a 1,4 g/ml entonces la vlvula VE se abrir y tres segundos despus la vlvula VHT se cerrar permitiendo que la pulpa ingrese nuevamente hacia el espesador, luego se repite el proceso en funcin al valor o rango de densidad deseada

    Fig. 13: Diagrama de flujo de control de densidad

    SI

    NO

    Densidad < 1,4 g/ml

    NO

    SI

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    3. CONTROL DE FLUJO MASA

    El control de Flujo-masa es de mucha importancia pues permitir que se tenga un control de las toneladas que se desea procesar, as como conocer el balance de las toneladas procesadas mensualmente, el clculo de las toneladas por hora que se procesan resulta de las variables medidas como es el flujo y la densidad a la descarga del holding tank la cual es bombeada hacia la siguiente etapa y controlado el flujo por un variador de velocidad, el Set Point, un valor en toneladas hora, de tal manera que al ingresar en la computadora de supervisin y control, el PLC se encarga de controlar el flujo-masa mediante un control PID variando la velocidad de la bomba de descarga del holding tank.

    Fig. 14: Proceso de control de flujo masa

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    BOMBA DESCARGA HOLDING TANK = ON

    LECTURA VARIABLES DENSIDAD Y FLUJO

    CALCULO VARIABLE FLUJOMASA

    INGRESAR VALOR DESEADO FLUJOMASA

    CONTROL PID DEL PLC MEDIANTE VARIADOR BOMBA DE DESCARGA

    Procedimiento Observamos en la Fig. 14 muestra el diagrama de los equipos de medicin como el flujmetro y el densmetro, la variable a controlar es indirecta pues es el resultado de una operacin entre las variables de la densidad de la pulpa y el flujo a la descarga del holding tank y la gravedad especifica de los slidos, mediante un control PID la variable manipulada es la seal de corriente de la salida analgica (4-20mA) que ingresa al variador de velocidad el cual alterar la velocidad de descarga, variando indirectamente el valor de flujo-masa, el Set Point es modificado segn los requerimientos de planta mediante la PC de control y supervisin.

    Fig. 15: Diagrama de flujo de control de flujo masa

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    4. IMPORTANCIA DEL pH EN EL TANQUE DE CIANURACIO # 1

    El pH determina la acidez o alcalinidad de una sustancia. Se entiende por acidez la capacidad de una sustancia para aportar a una disolucin acuosa de iones de hidrgeno (H) al medio. La alcalinidad o base aporta iones de hidroxilo OH al medio, por lo tanto, el pH mide la concentracin de iones de hidrgeno o hidroxilo de una sustancia. El pH posee una escala propia que indica con exactitud un valor que en la mayora va del nmero 0 al 14. Si el pH es de cero a seis, la solucin es considerada cida, por el contrario, si el pH es de ocho a catorce, la solucin se considera alcalina. Si la solucin posee un pH siete, es considerada neutra. Sin embargo el pH siete neutro se limita con seguridad, tan slo a las soluciones acuosas, pues las que no son, si no estn a una temperatura y presin normal, el valor de la neutralidad puede variar. Para evitar la prdida de cianuro por hidrlisis (generacin de gas cianhdrico, CNH, altamente venenoso) y para neutralizar los componentes de acides, se mantiene el pH alcalino el cual se controla con cal. Se adiciona lo necesario para mantener la concentracin en la solucin por encima de 100 gr/m3. El rango deseado de pH en los tanques de cianuracin debe estar entre 10,5 y 11,0 se realiza un control PID ingresando una cierta cantidad de cal la cual ser controlada por una vlvula proporcional neumtica.

    Fig. 16: pH en el tanque cianuracin #1

    ~

    ~

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    INGRESO DE CAL

    INGRESO DE SET POINT

    LECTURA DE VARIABLE

    CONTROL PID DEL PLC

    TANQUE AGITADOR CIANURACIN 1 = ON

    Fig. 17: Diagrama de flujo del pH en el tanque de Cianuracin #1 5. INPORTANCIA DEL OXIGENO DISUELTO EN EL TANQUE DE CIANURACION # 1

    La cantidad de oxigeno disuelto en soluciones diluidas depende de cuatro factores: La altitud (presin baromtrica), La temperatura de la solucin, El tipo e intensidad de agitacin, La fuerza inica de la solucin, a bajas concentraciones de cianuro la presin de oxigeno no tiene efecto sobre la velocidad de disolucin de oro. Sin embargo, a elevadas concentraciones de cianuro, donde la velocidad de disolucin es independiente de la concentracin del solvente, la velocidad de reaccin depende de la presin de oxigeno. Con una oxigenacin eficiente, se espera incrementar la velocidad de cianuracin (ahorrando costos de capital) y la recuperacin de oro, adems de disminuir el consumo de cianuro (por la destruccin de cianicidas). Mientras ms largo sea el tiempo de cianuracin requerido para alcanzar una recuperacin deseada, mayor ser la capacidad de los tanques de cianuracin.

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    6. CONTROL DE NIVEL DE AGUA

    Con el fin de reutilizar el agua de proceso se determina colocar un tanque de agua con dimensiones de 4.5 metros de dimetro y 7.5 metros de altura, en el cual ingresar agua de proceso proveniente del rebose del espesador para evitar que el agua en el tanque se llene y se derrame se planea un control de nivel, el cual actuara de la siguiente manera: cuando el controlador detecte un nivel alto de 7,0 metros la accin a tomar es arrancar la bomba de descarga para trasladar el agua hacia una poza de mayor volumen, y cuando el nivel del tanque indique nivel, bajo 0.5 metros entonces esta bomba se apagar.

    Fig. 18: Proceso de control de nivel de agua

    Entonces en el tanque de agua el sensor medir constantemente el nivel del agua y de acuerdo al nivel el PLC arrancar o detendr la bomba 100-MPU-004, para mayor seguridad en el control de nivel, se pueden colocar switchs de nivel el cual indiquen al PLC que el nivel del agua ya sobrepaso cierto nivel.

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    ARRANCAR BOMBA 100-MPU-004

    LECTURA DE VARIABLE NIVEL EN TANQUE DE AGUA

    DETENER BOMBA 100-MPU-004

    NIVEL > 7,0

    NIVEL < 0,5

    Diagrama de flujo

    Fig. 19: Diagrama de flujo de control de nivel de agua

    7. CONTROL DE NIVEL EN EL HOLDING TANK El control de nivel en el holding tank tiene dos propsitos el primero es no permitir que la pulpa rebose, el segundo es no permitir que la pulpa tenga un nivel menor al nivel de los agitadores, la altura del holding tank es de 12,5 metros, de acuerdo al nivel que indique el sensor de nivel actuar sobre el motor del agitador del holding tank o mandara una seal al PLC M340 el cual har recircular la pulpa a la descarga del espesador, el controlador actuara en tres niveles: - El primero es el nivel bajo: si el nivel de la pulpa est por debajo del valor que es

    aproximadamente 7 metros el motor del agitador no arrancar, solo si el nivel est por encima de 7 metros este arrancar.

    SI

    SI

    NO

    NO

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    - El segundo nivel: si el nivel de la pulpa est por encima de 12 metros entonces se activar una alarma la cual avisar al operador para que pueda tomar acciones para no dejar que la pulpa se derrame.

    - El tercer nivel: si el nivel de la pulpa est por encima de 12,3 metros enviara una seal al PLC M340 para que recircule la pulpa a la descarga del espesador y as evitar que el holding tank se llene completamente y se desperdicie pulpa.

    Fig. 20: Proceso de control de nivel en el holding tank

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    LECTURA DE NIVEL

    MOTOR ON 200-MMX-001

    ALARMA POR 60s.

    NIVEL > 7,0

    NIVEL > 12,0

    NIVEL > 12,3

    SEAL A PLC M340

    MOTOR OFF 200-MMX-001

    Fig. 21: Diagrama de flujo de control de nivel en el holding tank

    SI

    SI

    SI

    NO

    NO

    NO

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    CAPITULO IV

    SELECCIN DE INSTRUMENTOS Y EQUIPOS

    1. CRITERIOS DE SELECCIN DE INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE CONTROL 1.1. Instrumentos de Medicin

    Los instrumentos de medicin como son los sensores cuya determinacin de seleccin adecuada para una determinada aplicacin en algn proceso, esto llevara a una mejor medicin en las variables, de tal manera que esto mejorara el proceso hacindolo ms eficiente.

    La exigencia en los procesos industriale