CONTROL PLANTA DE FLOTACIN
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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.