Flotacion Lazos Control

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CONTROL PLANTA DE FLOTACIN

PAGE 1

CONTROL DE PROCESOS FLOTACIN

1Descripcin general del proceso

1.1

Introduccin

Esta unidad describe al operador la filosofa de control de la planta del proceso de flotacin. Para ello es necesario describir aspectos tericos del proceso de flotacin, la filosofia de control, y los procesos involucrados. El tratamiento del tema involucra esquemas de instrumentacin de equipos, sistema de infraestructura y servicios, y enclavamientos existentes. Se entrega en forma adicional al tema, un captulo que aporta informacin relativa a control instrumental

1.2

Conceptos

La herramienta indispensable en el beneficio de las menas es el proceso de flotacin en espuma. Los principios de la flotacin en espuma son los siguientes:

a)Los minerales sulfurados normalmente se humedecen por el agua pero pueden ser acondicionados con reactivos que los volvern repelentes al agua (hidrfobos).

b)Esta hidrofobicidad puede ser creada en minerasles especificos dentro de unas pulpa agua-mena.

c)Los choques entre burbuja de aire y los minerales que se han hecho hidrofbicos darn por resultado la unin entre las burbujas y dichos minerales.

d)Las partculas de mineral no acondicionadas (hmedas) no se unirn a las burbujas de aire.

Por consiguiente, la flotacin en espuma como se aplica a las menas de cobre consiste en:

a)El acondicionamiento de la pulpa de mena para hacer hidrofbicos los minerales sin afectar a los otros minerales.

b)El paso ascendente de una corriente dispersa de burbujas de aire a travs de la pulpa

1.3

EquipamientoEl proceso de flotacin lleva a cabo la concentracin de minerales sulfurados mediante equipos de flotacin tradicional, columnas de flotacin, remolienda en molinos verticales, equipos de transferencia de pulpa, sumideros y bombas verticales, sistemas de adicin de reactivos y sistemas de muestreo. El control del proceso se realiza mediante un sistema de control distribuido; el sistema de muestreo y anlisis se realiza por medio de analizadores en lnea. La energa elctrica es distribuida mediante Salas de control de motores. Los reactivos y agua son controlados en forma automtica.

2DEFINICIONES DEL PROCESO

2.1

Fundamentos tericos

La flotacin es un proceso que contempla la presencia e interaccin de tres fases: slida, lquida y gaseosa.

La fase slida est representada por los minerales a separar.

La fase lquida es el agua, que debido a sus propiedades especficas constituye un medio ideal para dichas separaciones.

La fase gaseosa corresponde al aire inyectado para la formacin de burbujas

El gas utilizado en las separaciones es el aire, el cual se inyecta en la pulpa, neumtica o mecnicamente, para poder formar las burbujas sobre las cuales se adhieren parte de las partculas slidas que se desea recuperar.

Los slidos y el agua, antes de la aplicacin del proceso, se preparan en forma de pulpas que pueden contener desde pocas unidades hasta 40% de slidos.

El proceso de flotacin est basado sobre las propiedades hidrfobicas de las materias slidas a separar. Se trata fundamentalmente de un fenmeno de comportamiento de slidos frente al agua, dicho de otro modo, de mojabilidad de las materias.

Los minerales que son poco mojables con el agua, como por ejemplo los metales nativos, sulfuros de metales, se denominan hidrofficos o hidrfobos. En tanto que los minerales que son xidos, sulfatos, silicatos carbonatos y otros que son en su mayora estriles y forman la ganga son hidrfilicos o hidrfilos, o sea afines al agua.

En la flotacin, luego de una preparacin adecuada, las partculas hidrfobas se van a adherir o pegar a las burbujas de aire y pasar a la espuma, mientras que las partculas hidrfilas se van a mojar y caen al fondo de la mquina de flotacin.

De este modo, un mineral de cabeza, que contiene en el caso ms simple dos componentes, uno til y otro estril, por medio de la flotacin se separa en un concentrado que se recupera en forma de una espuma y un relave o cola que se elimina por la parte inferior de la mquina.

Cuando el mineral consta de varios componentes tiles, como es el caso de minas complejas de cobre, fierro y molibdeno o de plomo, zinc y cobre, entonces la separacin de minerales es algo ms complicada. En primer trmino, en la flotacin primaria (inicial) se puede optar por una flotacin colectiva o selectiva.

Tambin es posible realizar la separacin de los distintos sulfuros en plantas en serie teniendo como flujo de alimentacin el concentrado.

Esto significa que se pueden flotar todas las especies tiles en conjunto (flotacin colectiva) para separarlas de la ganga y despus entre s o se puede flotar un componente tras otro en forma selectiva. A este ltimo mtodo se le llama flotacin diferencial. (Figura N 1.1).

FIGURA 1.1 :Diagrama de flujo tpico de un proceso de flotacin

2.2

Mecanismo de la Flotacin

Para estudiar el mecanismo de la flotacin es suficiente, en principio, enterarse con todo detalle de lo que sucede entre una partcula de mineral y una burbuja de aire para que ellos formen una unin estable.

Con respecto a las partculas de minerales, es sabido que pocas de ellas tienen propiedades hidrfobas suficientemente fuertes como para que puedan flotar. En primer lugar, en la gran mayora de los casos hay que romper enlaces qumicos (covalentes y inicos principalmente) para efectuar la liberacin de mineral. Esto inmediatamente lleva a la hidrofilizacin de las superficies minerales, o mejor dicho a hidratacin.

En resumen, es necesario hidrofobizar las partculas minerales en la pulpa para hacerlas flotables. Esto se efecta con los reactivos llamados colectores, que son generalmente compuestos orgnicos de carcter heteropolar, o sea, una parte de la molcula es un compuesto evidentemente apolar (hidrocarburo) y la otra es un grupo polar con propiedades inicas.

Para facilitar la adsorcin de estos reactivos sobre la superficie de las partculas minerales hay que crear condiciones favorables en la capa doble de cargas elctricas, lo que se hace con los reactivos llamados modificadores. Estos disminuyen el potencial de la capa doble o, a veces cambian su sentido.. De este modo se crean condiciones favorables, para la adsorcin de los colectores: disminucin de potencial o, todava mejor, el punto isoelctrico (potencial cero).

La partcula mineral queda cubierta por el colector que se afirma en su red cristalina por medio de la parte polar, proporcionndole con la parte apolar propiedades hidrfobas. Sobre el mecanismo de adsorcin de los colectores, hasta la fecha no hay opinin unnime de si se trata de un mecanismo de adsorcin fsica o qumica. la evidencia experimental ofrece ejemplos de ambos tipos, por lo que cada caso particular tiene que considerarse aparte.

El otro componente del futuro agregado partcula-burbuja, es la burbuja de aire. Esta es necesaria para:

1) recoger las partculas en la pulpa,

2) transportarlas hacia la superficie. El transporte se efecta mediante la fuerza de empuje (ej., de Arqumedes).

La interfase gas-lquido. Las partes polares de estos compuestos tensoactivos se orientan hacia el agua y la parte polar hacia la burbuja misma.

Las partculas y burbujas estn en una constante agitacin, debido a los motores de las mquinas de flotacin, de modo que para realizar su unin son necesarios:

su encuentro, y

condiciones favorables para formar el agregado.

El encuentro se realiza por el acondicionamiento y la agitacin dentro de la mquina misma.

El contacto permanente entre la partcula y la burbuja de gas es el punto ms dbil de la teora de la flotacin.

Los conceptos de las condiciones que determinan la unin estable entre la partcula y la burbuja son los siguientes: no hay problemas en explicar el acercamiento de la burbuja y la partcula hasta el punto en que la pelcula de agua las separa queda muy fina. En este momento, las partculas, para acercarse ms a la burbuja tiene que superar lo que se considera una barrera energtica. Para las partculas hidrfilas, en que la asociacin de la partcula con las molculas de agua es muy firme, esta barrera nunca se supera y las partculas no flotan. Para la partculas hidrfobas, la barrera queda repentinamente rota por fuerzas todava no bien conocidas, permitiendo un contacto trifsico.

En realidad, el mecanismo no es tan simple como parece. En primer lugar, la pelcula de agua nunca se rompe hasta el fin y la partcula queda siempre cubierta por una pelcula.

Las experiencias con inyeccin directa de aire en la pulpa generalmente dan resultados negativos si no se emplea un espumante, por cuanto el aire se distribuye en forma dispareja, las burbujas son inestables y se asocian unas con otras. Al agregar el espumante, se estabilizan, se obtiene el tomarlo deseado y la dispersin del aire es pareja.

La Figura N 1.2 muestra la mineralizacin de las burbujas de aire.

FIGURA N2 : Mineralizacin de partculas

Como es fcil comprender, cada burbuja se puede considerar como el contacto de dos fases, lquido y gas, igual que en el caso discutido de un lquido en equilibrio con la atmsfera. De este modo, por las razones ya explicadas y en cumplimiento de la segunda ley de la termodinmica, los espumantes, que son reactivos tensoactivos, se absorben en la molcula de agua, de unas lo molculas de grosor que participan en las asociaciones posteriores. Esta pelcula de agua tiene propiedades totalmente distintas a las del agua en masa. Por ejemplo, es mecnicamente ms firme y ms dura que la asociacin comn de molculas de agua. Tienen no slo mayor viscosidad, sino que es considerada mecnicamente dura hasta tal punto que se le atribuyen propiedades de un slido. De este modo, el contacto real, entre la partcula y la burbuja es trifsico, slo si consideramos esta finsima pelcula de agua como un slido.

Es imposible evitar esta pelcula, porque incluso se supone que el slido no la lleva consigo, al acercarse a la burbuja, dentro de sta existe vapor de agua que se condensa formando sobre la superficie del slido una finsima pelcula que impide su contacto directo con el aire.

Los conceptos modernos de la dinmica del contacto entre la burbuja y la partcula consideran que el encuentro entre ambas se efecta del modo como ocurre la colisin entre dos cuerpos elsticos. Esto significa que los cuerpos chocan y rebotan. Se ha podido observar el hundimiento de la burbuja cuando es chocada por la partcula y el rebote elstico de esta ltima. La partcula, enseguida, vuelve nuevamente a chocar con las burbujas hasta que se encuentre con la que tiene condiciones energticas y elctricas para asociarla. Este mecanismo, entonces, contempla como factores de importancia, el tamao de la partcula (fuerza dinmica) y su mojabilidad (condiciones elctricas).

2.3

Etapas en flotacin

Las etapas se pueden clasificar como:

Flotacin primaria

Remolienda

Flotacin primera limpieza y scavenger (repaso)

Flotacin segunda limpieza (en columnas de flotacin)

Retratamiento de colas

2.3.1

Flotacin primaria rougher

El proceso de molienda consiste en dos lneas de tratamiento, una por cada molino SAG, este proceso finaliza con la clasificacin mediante cuatro (4) bateras de hidrociclones, dos por cada lnea. El rebase u overflow de los hidrociclones se conduce al cajn distribuidor de flotacin primaria por cada lnea. En el trayecto los rebases por cada lnea se juntan y son muestreados mediante muestreadores primario y secundario.

La etapa de flotacin consiste en dos lneas de tratamiento, lnea 1 y lnea 2, cada una comprende un cajn distribuidor (comn para los dos bancos de celdas), dos bancos de celdas con ocho celdas cada uno. La pulpa se alimenta a los bancos de celdas de flotacin donde ocurre la separacin de los sulfuros como concentrado mediante la adicin de reactivos espumantes, colectores y adicin de aire. el concentrado se recoge en la canaleta de cada celda. La cola se recoge en el cajn colector de colas ubicado a la salida de la ltima celda (por cada banco).

En esta etapa, el contenido de cobre aumenta desde 2 % hasta 13 % en cobre.

El cajn de colas es comn para ambos bancos de celdas.

Los derrames que ocurren son evacuados mediante bombas de piso

Se dispone de dos gras puente para mantenimiento.

Los reactivos son agregados mediante control distribuido. El aire necesario para la flotacin es aportado por compresores que son descritos ms adelante.

2.3.2

Remolienda

La etapa de flotacin primaria tiene como objetivo metalrgico la recuperacin de las especies de valor y no la ley de concentrado. Por lo tanto para que ocurra la liberacin necesaria adecuada se considera una etapa posterior de remolienda. Posterior a la remolienda se practica una clasificacin de concentrado rougher, donde el overflow o rebase de los hidrociclones pasan a la etapa de primera limpieza, mientras que la descarga del cicln (underflow o spigot) es recirculado hacia los molinos.

2.3.3

Flotacin primera limpieza y scavenger (repaso)

El overflow o rebase de los ciclones que abandona la etapa de remolienda, se enva a la flotacin de primera limpieza (cleaner) con el objeto de aumentar la concentracin del cobre contenido. Es decir el concentrado primario o rougher es tratado con el objeto de elevar el porcentaje de cobre contenido en l desde 13.9 % hasta un 34.4 % en Cu.

En esta etapa se realiza un aumento en la concentracin de cobre

.

La alimentacin a la flotacin de primera limpieza corresponde al rebase de los hidrociclones de remolienda. Este es transferido a un cajn distribuidor por intermedio de bombas centrfugas. La alimentacin a las celdas se realiza por gravedad (diferencia de altura).

La disposicin de celdas es la siguiente:

Tres bancos de celda de 1 limpieza, cada uno con cuatro celdas. El concentrado se enva a segunda limpieza; la cola es tratada en un banco en serie el cual es llamado flotacin scavenger

2.3.4

Flotacin segunda limpieza

La etapa de flotacin de segunda limpieza tiene por objetivo aumentar la ley de cobre desde 34.4 % Cu a un 46 % Cu, que representa al concentrado final.. Esta se realiza mediante celdas de columnas. La flotacin columnar, con pocos aos de permanencia en el mercado minero ha demostrado ser un excelente medio para concentracin de especies, aunque no presenta buenas caractersticas en cuanto a recuperacin (esto significa que las colas siempre sern altas).

2.3.5

Retratamiento de colas

La cola primaria es clasificada en una batera de hidrociclones, la descarga de los ciclones es tratada en las celdas de retratamiento de colas; el rebase se destina a la batea colectora de colas y son retiradas del circuito.

En las celdas de retratamiento el concentrado se enva a remolienda mientras que la cola de flotacin se enva a la batea recolectora de colas.

3CONTROL DEL PROCESO

3.1

Filosofa de control

3.1.1

Objetivo del Control

El objetivo de control operacional de la Planta es maximizar la recuperacin y ley de concentrado. Esto se logra manteniendo las caractersticas de la pulpa en los rangos requeridos.

Este objetivo se satisface en general mediante

Un adecuado control de la densidad y pH de la pulpa de alimentacin a flotacin primaria y flotacin limpieza.

Una adecuada dosificacin de reactivos.

Un control operacional de las celdas de flotacin primaria y molinos de remolienda.

3.1.2

Control Manual y Lazos de Control

Los lazos de control automtico y controles manuales considerados en la operacin de las diferentes etapas de la Planta son:

3.1.2.1

Flotacin Primaria

Control de densidad de la pulpa de alimentacin

Control de pH de la pulpa de alimentacin

Control de nivel de las celdas de flotacin

Control de adicin de reactivos

3.1.2.2

Remolienda de Concentrado

Control de densidad de la pulpa alimentacin,

Control de nivel cajn bomba alimentacin hidrociclones

Control de adicin de lechada de cal

3.1.2.3

Flotacin 1 Limpieza

Control de nivel cajn bombas alimentacin flotacin limpieza (E)

Control de pH alimentacin flotacin limpieza

Control de nivel en las celdas

3.1.2.4

Flotacin Scavenger colas 1 limpieza

Control de nivel en las celdas

Control de nivel en cajones de traspaso

3.1.2.5

Adicin de Reactivos

Control adicin de reactivos a flotacin

Control flujo alimentacin a estanques distribuidores de reactivos

3.2

Controles en Flotacin Primaria

3.2.1

Control de Densidad de la Pulpa de Alimentacin

Este lazo de control permite regular el porcentaje de slidos de la pulpa de alimentacin a las celdas de flotacin primaria.

El lazo opera en base al porcentaje de slidos del overflow de los ciclones que alimenta a la flotacin primaria, medida en Medidores de Tamao de Partculas (PSM o particle size meter).

El porcentaje de slidos del rebase de los ciclones es medido en el analizador y enva la seal para control de adicin de agua.

El sistema es identico para ambas lneas de flotacin primaria

La Figura N.1 muestra un esquema del control de densidad para la flotacin primaria.

FIGURA N1: Control de densidad alimentacin flotacin primaria

3.2.2

Control pH de la pulpa de Alimentacin

El pH de la pulpa de alimentacin a las celdas de flotacin primaria se controla actuando sobre la alimentacin de lechada de cal a la molienda SAG. La medicin de pH se realiza en los cajones distribuidores a flotacin primaria.

La Figura N2 muestra un esquema del control de pH.

FIGURA N 2: Esquena de control de pH en flotacin primaria

3.2.3

Control de Nivel de las celdas de flotacin

El control de nivel de cada banco se realiza midiendo el nivel de la ltima celda y actuando sobre las vlvulas tapn de la caja de traspaso. La referencia de nivel la puede fijar el operador desde el DCS (Figura N 3)

FIGURA N 3: Control de nivel en celdas

3.3

Remolienda de Concentrado Primario

3.3.1

Control de Densidad Alimentacin Hidrociclones

El control de densidad se realiza regulando el flujo de agua fresca que alimenta el pozo de descarga del molino para ello, se mide la densidad de entrada de la batera de hidrociclones de remolienda y se regula el flujo de agua al pozo de descarga del molino. El controlador acta sobre la vlvula reguladora de flujo de agua al pozo. Ver Figura N 4

FIGURA N 4: Control de densidad en la alimentacin a los hidrociclones en remolienda

3.3.2

Control de Nivel Sumidero Bomba Alimentacin Hidrociclones

Este control se realiza midiendo el nivel de pulpa en los pozos y actuando sobre el variador de velocidad de las bombas alimentacin de hidrociclones de remolienda.

La Figura N 5 muestra el control de nivel en pozos de bombeo a hidrociclones.

FIGURA N 5: control de nivel en pozo de bombeo a hidrociclones remolienda

Descripcin de instrumentos en figura:

LSLL:Interruptor de nivel

LIC:Control de nivel

LIT:Medidor de nivel

3.3.3

Control de nivel cajn bomba alimentacin hidrociclones

El cajn de bombeo a hidrociclones, compuesto por dos secciones, posee un sistema independiente de control de nivel que acta sobre la velocidad de la bomba. El control automtico fija la velocidad de la bomba, manteniendo el nivel del cajn estable.

El controlador LIC aumenta o disminuye la velocidad de la bomba al detectar, mediante el medidor LIT alguna subida o bajada de nivel.

3.3.4

Control de Densidad

En la lnea de alimentacin a la batera de hidrociclones se encuentra ubicado un densmetro nuclear, el cual forma parte de un lazo de control usado para mantener estable la densidad de la pulpa.

Segn se muestra en la Figura N 6, el control de densidad funciona en base a dos elementos: controlador de densidad (DIC) y de flujo (FIC).

En este caso, el operador fija la referencia de densidad deseada en el controlador DIC, el cual su vez genera una seal que sirve como referencia al controlador FIC, indicndose cual ser el caudal de agua necesario para obtener la densidad deseada.

FIGURA N 6:Control de densidad en batera hidrociclones

Descripcin de instrumentos en figura:

DIC:Control de densidad

DIT:Medidor de densidad

FIC:Control de flujo

FIT:Medidor de flujo

3.3.5

Control de pH

El control de pH considera la adicin de lechada de cal en el sumidero de alimentacin de pulpa a los molinos de torre. La adicin de cal se efecta en base a 2 lneas controladas, de las cuales una es de reserva.

En la figura N 7 se muestra la instrumentacin asociada a la adicin de lechada de cal

FIGURA N 7: Sistema de control de pH en cajn distribuidor a molinos

Descripcin de instrumentos en figura:

AX

:Generador de pulsos (la cal se adiciona por pulsos en la vlvula, chorros)

HS:Selector

S

:Trampa de slidos decantados

3.4

Monitoreo

3.4.1

Monitoreo de Potencias

En los molinos se realiza una medicin de la potencia tomada por los motores. Esta potencia es desplegada en la sala de control, segn se muestra en la Figura N 8

Descripcin de instrumentos en figura:

JI:Indicador de potencia

JT:Medidor de potencia

3.4.2

Monitoreo de Presin

En la batera de hidrociclones, se dispone de un manmetro en la lnea principal que alimenta a los hidrociclones. La seal de dicho instrumento es desplegada al operador en la sala de control. Para operar dentro de rangos normales de presin, el operador deber tomar la accin manual en la abertura o cierre de ciclones (Figura N 9).

FIGURA N 9 : Medicin de presin en batera de hidrociclones

3.5

Comando de Vlvulas Neumticas ON-OFF.

3.5.1

Comando de Vlvulas Tapn

Este control permite el accionamiento de las vlvulas tapn y consiste en un cilindro neumtico de "doble efecto" (aire para abrir y para cerrar) y una vlvula neumtica de accionamiento manual. El operador posiciona dicha vlvula para subir o bajar el tapn (ver esquema tpico de funcionamiento en la figura N 10.

Los equipos que poseen este sistema de comando son:

Cajn de bombeo a hidrociclones

Cajn distribuidor a molinos.

3.5.2

Comando de Vlvulas Cuchillo y Pinch

Este manejo de vlvulas es similar al utilizado en el caso de las vlvulas tapn (Figura N 10). Se compone de un cilindro operado por una vlvula neumtica de accionamiento manual o elctrico.

3.5.3

Vlvulas en cajn traspaso Concentrado Scavenger1 Limpieza

La descarga de este cajn se realiza mediante dos vlvulas cuchillo, con cilindro de doble efecto, accionado mediante una vlvula neumtica, 4 vas, y de operacin manual (se necesita aire para abrir y para cerrar).

En la Figura N11 se muestra la disposicin del sistema de control usado para descargar dicho cajn.

FIGURA N 11: Sistema de comando de vlvulas de cuchillo en la descarga del cajn de traspaso scavenger 1 Limpieza

3.5.4

Control mediante Vlvulas Pinch

El accionamiento de la vlvula Pinch se efecta en base a un cilindro de efecto simple (aire, para cerrar y resorte para abrir) y una vlvula neumtica de operacin manual.

El interruptor de presin sirve para indicar al operador de la sala de control, la posicin que posee la vlvula Pinch: abierta (cilindro con presin) o cerrada (cilindro sin presin).

3.6

Control de Agua de Sello

En las lneas de agua sello de las bombas que alimentan la batera de hidrociclones, se dispone de un interruptor de flujo y un interruptor de presin baja. Estos elementos generan una alarma cuando baja la presin o el flujo de agua de sello (ver Figura N 12).

FIGURA N 12: Instrumentacin en lneas agua de sello a bombas de alimentacin hidrociclones

Descripcin de instrumentos en figura:

FAL:Alarma

PSL:Detector de presin baja

FSL:Detector de flujo bajo

3.7

Control en Bombas de Piso

En la Figura N 13 se muestra el esquema de lazo de control que comanda las bombas de piso sector molinos. La bomba parte automticamente, cuando el interruptor detecta pulpa en el estanque. La bomba se detiene si se detecta estanque vaco.

4INSTRUMENTACIN

4.1

Acondicionamiento de Pulpa

El objetivo del control operacional asociado a esta etapa es acondicionar la pulpa a los valores de pH y porcentajes de slidos requeridos para la operacin.

La instrumentacin es la siguiente:

Vlvulas automticas de adicin de agua y lechada de cal. Analizadores de muestras para determinar leyes de Cu, Fe, Mo, Zn, As y densidad.

4.2

Flotacin Primaria

La instrumentacin asociada a esta etapa es:

Vlvulas de tapones electroneumtica

Botoneras partir/parar agitadores

Medidor de pH

Analizadores de muestras

4.3

Remolienda de Concentrado

La instrumentacin asociada a esta etapa es:

Molinos de Remolienda

Medidores de potencia y corriente

Botoneras partir/parar molino

Medidores de temperatura molinos

Flujmetros

Vlvulas automticas de adicin de agua

Bombas de Alimentacin a Hidrociclones

Variadores de velocidad

Interruptores de flujo bajo agua de sello

Medidores de presin

Medidores de nivel

Vlvulas electroneumtica

Batera de Hidrociclones

Medidores de presin

Vlvulas electroneumticas

.

4.4

Flotacin Limpieza

La instrumentacin asociada a esta etapa es:

Vlvulas de tapones electroneumticas

Botonera partir/parar agitadores

Medidor de pH

4.5

Flotacin Relimpieza

La instrumentacin asociada a esta etapa es:

- Vlvulas de tapones electroneumticas

- Botonera partir/parar agitadores

4.6

Distribucin de Reactivos

La instrumentacin asociada a esta etapa es:

- Medidores de nivel

- Variadores de velocidad

5ENCLAVAMIENTOS

Los enclavamientos principales de los equipos de la Planta son:

5.1Bombas alimentacin hidrociclones.

Estn enclavadas con:

Agua de sello bombas

5.2

Molinos de remolienda.

Estn enclavados con:

Servicios motor molino

Servicios del molino

Baja presin aire embrague del molino

5.3Vlvulas de tapones de control de nivel celdas de flotacin.

Estn enclavadas con:

Aire de instrumentacin

5.4

Dosificadores de reactivos.

Estn enclavadas con:

Bajo nivel estanque de reactivo.

5.5

Bombas de traspaso.

Estn enclavadas con:

Nivel pozo bombeo

5.6

Posicin Falla de Tapones y vlvulas

5.6.1

Tapones distribuidores motorizados y mecnicos.

Ante una falla de suministro elctrico estos tapones se cierran.

5.6.2

Vlvulas de tapones de control de nivel celdas de flotacin

Ante una falla de suministro de energa elctrica y una prdida en la presin de aire, los tapones se abren.

5.6.3

Vlvulas de cuchillo pozos alimentacin bombas hidrociclones

Ante una falla de suministro de energa elctrica las vlvulas se cierran.

5.6.4

Vlvulas de cuchillo pozo de bombeo traspaso

Ante un falla de suministro de energa elctrica las vlvulas se cierran.

6TIPOS DE CONTROL

6.1

Control Clsico

En la industria se basa en la existencia de tres instrumentos: Transmisor, Controlador y Vlvula de control, relacionados a travs del lazo o bucle de retroalimentacin, que es nico para cada variable controlada del proceso industrial.

Existen tantos lazos de control como variables controladas.

Utilizacin hasta los aos 1960.

6.2

Control Digital Directo DDC

En el control digital directo, un computador sustituye al instrumento controlador, efectuando los clculos de acuerdo con las acciones de control deseadas y enviando las correspondientes seales de salida a las vlvulas de control. Esta funcin de clculo la efecta secuencialmente para cada variable de entrada analgica o digital y para cada vlvula de control del lazo correspondiente.

Una falla en el computador da lugar a la prdida total del control de la planta.

Utilizacin desde los aos 1960 a 1975.

6.3

Control de Puntos de Consigna SPC

Al descartar el empleo de un nico computador (control DDC) por el serio inconveniente de la seguridad y sustituirlo por varios controladores digitales capaces de controlar individualmente un cierto nmero de variables, para as distribuir el riesgo del control nico. Cada controlador digital, deba ser universal, es decir disponer de algoritmos de control seleccionables por software, que permitan resolver todas las situaciones de control y dieran as versatilidad al sistema. Para comunicarse entre s los transmisores electrnicos de terreno, los controladores y las interfases para la comunicacin con el operador de la planta, se adopt el empleo de una va de comunicaciones, en forma de cable coaxial. Para eliminar el espacio de panel requerido por el control clsico, se adopt el uso de uno o varios monitores de CRT, en los cuales, el operador, a travs de teclado, deba examinar las variables de proceso, las caractersticas de control, las alarmas, etc., sin perturbar el control de la Planta y con opcin de cambiar cualquier caracterstica de control de las variables del proceso.

Utilizacin desde el ao 1970.

6.4

Control Distribuido

El control distribuido consiste en uno o varios microprocesadores que controlan cada uno ms de una variable (aproximadamente 8) y que estn repartidos por la planta y conectados a las seales de los transmisores de las variables y a las vlvulas de control.

El primer sistema de control distribuido para la industria fue presentado por la firma Honeywell Inc. en noviembre de 1975.

6.5

Control Supervisor

La distribucin de los microprocesadores a lo largo de la planta en los puntos con mayor concentracin de seales es la de una distribucin arquitectnica mltiple, unida mediante una va de comunicaciones, que permite la supervisin desde la sala de control, e incluso desde un computador personal.

Utilizacin desde aproximadamente 1980.

En esencia, la diferencia entre el control distribuido y el control clsico es la posibilidad de configuracin por software y la capacidad de comunicacin entre microprocesadores y el centro supervisor, que se ofrece actualmente en los sistemas de control distribuido.

7Clases de instrumentos

7.1

Transmisores

Los transmisores son instrumentos que captan la variable de proceso y la transmiten a distancia a un instrumento receptor indicador, registrador, controlador o combinacin de estos.

Existen varios tipos de seales de transmisin: neumticas, electrnicas, digitales, hidrulicas y telemtricas. las ms empleadas en la industria son las tres primeras, las eales hidrulicas se utilizan ocasionalmente cuando se necesita una gran potencia y las seales telemtricas cuando hay una distancia de varios kilmetros entre el transmisor y el receptor.

Los transmisores neumtico generan una seal neumtica variable linealmente de 3 a 15 psi para el campo de medida de 0 - 100 % de la variable

Los transmisores electrnicos generan la seal estndar de 4 - 20 mA c.c. a distancias de 200 m a 1 km.

Las fibras pticas en la transmisin se estn utilizando en lugares de la planta donde las condiciones son duras (campos magnticos intensos que influyen sobre la seal ..). Los mdulos de transmisin pueden ser excitados por fuentes de luz de LED )Light Emiting Diodes) o diodos Lser.

7.2

Elementos sensores

El sensor es un elemento que transforma la manifestacin fsica 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 ste.

7.2.1

Sensores de Presin

Algunos principios utilizados para medir presin:

Bourdn

Manmetro de mbolos

Fuelle

Membrana

Piezoelctrico

Presin diferencial

Ms utilizado:Bourdn

7.2.2

Sensores de Nivel

Mtodos utilizados para medir nivel:

Por flotador

Por desplazamiento

Diferencia de presin (altura de carga)

Por peso

Capacitivo

Resistivo

Por radiacin

Ms utilizado:Diferencia de presin y flotador

7.2.3

Sensores de Temperatura

Mtodos utilizados para medir temperatura:

Sistema de bulbo lleno de fluido

Bimetal

Termopar (termocupla)

Termmetro de resistencia (PT-100)

Dilatacin

Radiacin

Ms utilizado:Sistema de bulbo lleno

7.2.4

Medicin de caudales de fluidos

Mtodos empleados para medir caudales de lquidos y gases:

Caudalmetros de altura de carga:

Rotmetro

Caudalmetro de induccin

Caudalmetro por ultrasonido

Venturi

Plato orificio

Desplazamiento positivo

Turbina

Medidor de flujo por impacto

Anemmetro de hilo caliente

Medidor de Vortex

Pitot

Medidor de codo

Ms utilizado:Plato orificio

La eleccin del medidor depende de las prdidas y del costo, como se ilustra en la siguiente tabla:

Tipo de MedidorPrdida de CargaCosto

OrificioGrandePequeo

ToberaMediaMedia

Venturi

PequeaGrande

7.3

Medicin de la presin

La presin es una variable de proceso fundamental y su medicin puede utilizarse directamente para controlar o para reducir otras mediciones, por ejemplo, el nivel, el flujo y la temperatura. Se pueden utilizar muchos tipos de transductores

Estos transductores pueden estar eslabonados a transmisores electrnicos o neumticos para que desarrollen una seal de 3 a 15 psig. (0.02 a 0.1 MPa) o de 4 a 20 mA. El "corazn" del transmisor neumtico es el conjunto de boquilla y aleta, que incluye el relevador neumtico.

7.4

Medicin del flujo

El objetivo principal de los sistemas de control industrial es balancear los flujos de material y energa en un proceso. El flujo es la variable ms comn del proceso. Las dos funciones ms importantes de la instrumentacin son la exactitud de la medicin y el control. La Tabla 1-5 cita algunos de los mtodos ms comunes de medicin y sus caractersticas.

Tabla 1 - 5. Mediciones de Flujo*

Tipo de CabezaLquidosLquidos ViscososLechadaGasSlidosLinealCapacidad de

CoberturaCostosoExactitud en % de la escala completaTotali-zador IndirectoPrdida de Presin

1. Placas de Orificios

(L(SR4:1Bajo - 2(Elevado

2. Rotmetros

(LL((10:1Med - 2--------F

3. Tubos Venturi, Boquillas

(L((SR4:1Elevado - 3(Med

4. Tubos Pitot

((SR3:1Bajo2 - 5-------L

5. Codo

(LL(SR3:1Bajo5 - 10-------No

6. Medidores de Blanco

(LLSR4:1Med - 2(Elevado

7. Vertederos, Canales

(LLNL100:1Bajo2 - 5-------Med

Tipo de Velocodad

1. Magntico

((((20:1Elevado - 1(No

2. De vrtices

(L(10:1Med - 2(Med

De Desplazamiento

1. Desplazamiento

Positivo

(L(20:1Med - 1(Med

2. Turbina

(LL((20:1Med - 1(Med

Flujo de Masa

1. Tipos de Peso

((20:1Med - 3--------------

2. Fluvimetros Slidos

((20:1Med - 3--------------

* L. limitado; NL, no lineal; SR, raz cuadrada; F, fijo.

8SISTEMAS DE CONTROL

8.1

Modelos de Plantas

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

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

8.2

Controladores

En el nivel ms bajo de un sistema de control distribuido, las unidades funcionales del sistema estn distribuidas y puestas en el terreno, en la vecindad de la planta. Estas unidades constituyen subsistemas fuertemente autnomos, cuyo dominio de influencia se restringe a unos pocos puntos de medicin 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 :

1) coleccionar y pre-procesar seales anlogas y digitales,

2) monitorear y colocar los mensajes de alarmas y

3) realizar funciones de control de lazo abierto y cerrado. Para ello estas unidades estn estructuradas modularmente y orientadas a un bus local.

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

Tambin 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/automtico. Adems tiene funciones programables usando mdulos que pueden ser configurados parametrizados. Tienen comunicacin serial para comunicar a un sistema Controlador Bsico o Multifuncin.

8.2.1

Controlador bsico

El controlador bsico de un sistema es una estacin 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 bsico tiene un lenguaje especial de control, a travs del cual se pueden programar elaboradas secuencias de control. Tambin tiene un programa residente en memoria, para diagnstico, que se usa para pruebas automticas de funcionamiento de las funciones internas del controlador y para reportar los resultados al operador.

En niveles jerrquicos entre el ms bajo y el ms alto se colocan unidades funcionales intermedias. Son unidades autnomas con influencia sobre un grupo restringido de estaciones de terreno. Se les llama estaciones supervisoras o estaciones de clculo de puntos de consigna para los controladores de menor nivel, seguimiento de rdenes de proceso, reportes, intercambio de datos con estaciones de nivel superior, etc.

8.2.2

Controladores de Proceso

El controlador de procesos es un equipo, dedicado a comunicar y controlar un grupo reducido de controladores de menor nivel, que realizan la accin de control propiamente tal.

8.2.3

Controladores de Lazo

El controlador de lazo, es un controlador Stand-Alone, dual. Realiza la accin de control dedicado a un mximo de 4 lazos de control, con opcin de despliegue de dos lazos en pantalla simultneamente.

8.2.4

Controladores de Lgica Programable (PLC)

El controlador de lgica programable PLC, est orientado al control dedicado y al nivel bsico descrito anteriormente, ya que tiene incorporadas funciones para desarrollar lazos de control, comandar uno o ms lazos de control, monitorear variables y comunicar a niveles superiores de la red de control.

8.3

Finalidad del Controlador

El controlador es una unidad autnoma, apta para ambientes industriales. Est protegida contra polvos, soporta vibraciones, variaciones de temperatura, variaciones de tensin, etc.

Estas unidades, estn destinadas a niveles de control inferiores y bsicos.

En el nivel inferior de control se utilizan equipos de baja capacidad para controlar pocas seales (mximo 8), procesarlas, desarrollar alguna accin de control y/o transmitirlas a otros niveles de control donde se encuentran las estaciones supervisoras.

En los niveles bsicos de control, se utilizan equipos de gran capacidad que pueden cumplir funciones de control, de colector de datos, de concentrador de datos y tambin como estaciones supervisoras de control, que se encargan de procesar la informacin y entregarla a la estacin supervisora principal para ser desplegada en pantallas de computadores, reportes, alarmas, etc.

8.4

Opciones del Controlador

Todos los controladores utilizados en control de procesos tienen opciones de configuracin, de programacin y de comunicacin.

Configuracin:Permite definir el tipo de control a realizar segn la aplicacin especfica. Puede ser un lazo cerrado de control (PID, PI, P), transmisin de seales, generar alarmas, etc.

Programacin:Los controladores cuentan con un lenguaje especial de control que permite programar las instrucciones definidas en la configuracin. Este lenguaje es propio de cada tipo de controlador. (En caso de controladores Bristol, Loader, Accol; en PLCs, Step5, Uni-telway, otros; controladores Taylor, PC30, etc.).

Comunicacin:La comunicacin 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 tpica, 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 ptimo del proceso y los modelos matemticos del proceso; y 4) nivel de administracin, para la planificacin de la produccin, control, etc.

Para obtener transferencia de datos confiables entre los niveles de comunicacin descritos, se utilizan redes de rea local, seleccionadas para obtener los requerimientos en tiempo real del sistema de control.

8.5

Ajuste de Controladores:

Las caractersticas en estado de rgimen, las caractersticas transitorias y la estabilidad de un sistema de control pueden ser influidas por los parmetros de los controladores. Normalmente son slo estos parmetros los que pueden ser elegidos libremente por el especialista en control, ya que las caractersticas de la planta y de los elementos de control primario y finales estn dadas por la construccin del sistema.

El proceso controlado por un sistema de control primario normalmente no es aislado, sino que forma parte de un conjunto de procesos que forma una actividad industrial. Como tal, la salida de este control primario va a influir sobre otros procesos u otras variables del mismo proceso.

Los valores ptimos de los parmetros del controlador son diferentes si se desea que el sistema responda ptimamente a variaciones en la referencia o si se desea que las perturbaciones tengan una influencia mnima en la variable controlada.

9SOFTWARE DE CONTROL

Para la operacin de una red de control, se requiere de un sistema operativo, de un software de utilidad, lenguajes de programacin de alto nivel, software de comunicacin para el intercambio de data y software de aplicacin necesario para coleccionar la data y procesarla, incluyendo el software necesario para el monitoreo y el control del proceso.

9.1

Definicin de Software de Control

Un conjunto de instrucciones o sentencias de programacin desarrolladas en algn lenguaje computacional para cumplir una tarea, dan origen a un programa.

Un conjunto de uno o ms programas computacionales, dan origen a un software.

Para trabajar con un software, se requiere de un computador que opere con el lenguaje de programacin en que fue desarrollado dicho software.

Bsicamente, el software para el control de procesos a travs del computador, se clasifica en:

a) Software de Sistema y

b) Software de aplicacin, encontrndose tambin software de comunicacin y software de configuracin y parametrizacin.

En cuanto a software de sistema podemos encontrar:

a) Sistema Operativo en Tiempo Real,

b) Lenguajes de Programacin Orientados a Procesos y c) Programas de Utilidad y Herramientas de Programacin.