tesis automatizacion

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  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 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
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES II PRESENTACIÓN Señores Miembros del Jurado: De acuerdo a lo establecido por el reglamento de Grados y Títulos de la Universidad Privada Antenor Orrego, presentamos a vuestra consideración nuestra tesis titulada: “DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO DEL PROCESO DE RETRATAMIENTO DEL RELAVE EN LA UNIDAD MINERA ORCOPAMPA DE LA EMPRESA BUENAVENTURA”. Con la finalidad de obtener el Título de Ingeniero Electrónico y esperando constituya una herramienta útil de consulta para quienes se interesen en este tipo de estudio. Nuestra investigación se ha desarrollado de acuerdo a las necesidades de la empresa en estudio, realizado un diseño de sistema de control automático y aplicando nuestros conocimientos, esfuerzos e investigación. Esperamos haber dado cumplimiento y satisfacción a las expectativas y que este trabajo de investigación sirva de guía o referencia para el desarrollo de futuras investigaciones. Trujillo, Junio 2010
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES III DEDICATORIA A mis Padres: Victoria E. Velásquez Pérez Pablo E. Vásquez Valencia A mis Hermanos: Magally, Roberto y Carlos Carlos Vásquez Quienes con su cariño y consejos, encaminan mi vida y me dan deseos de superación para ser cada día mejor. Que con su amor, educación, fortaleza y comprensión, son el refuerzo y la razón, para poder cumplir mis metas.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ 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 inspiración para ser cada día mejor. Que con su amor, paciencia y su digno ejemplo, guían mi camino y me apoyan en el logro de mis objetivos.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ 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 motivación, alcanzamos un logro más en nuestras vidas como profesionales.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES VI RESUMEN Años atrás en la unidad minera Orcopampa de la Compañía Buenaventura, el proceso de extracción 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 años se iba acumulando, entonces se tuvo que automatizar la planta para poder mejorar la eficiencia. El análisis a lo relaves acumulados demostró un porcentaje considerable de oro por cada tonelada, entonces se construyó la planta de retratamiento de relaves, esta planta no está automatizada de tal manera que la recuperación de oro no es tan eficiente, entonces se requiere automatizar, esta planta de para mejorar la eficiencia. Se dio a conocer los conceptos básicos de sistema de control clásico, así como arquitectura de control, sistema de monitoreo, relaves, espesadores, componentes químicos que se usarán en el proceso cómo, cianuro, carbón activado, etc. todo esto con el fin llegar a los objetivos planteados y la comprensión del proceso. Se diseñaron los lazos de control apropiados, cada lazo está en función a valores o parámetros establecidos por diseños o cálculos anteriores que nos permite analizar el funcionamiento de cada subproceso de la planta y así poder realizar la selección de instrumentos y equipos adecuadamente. Se dio paso al sistema de arquitectura de control y en conjunto a la filosofía de control se pudo realizar el diseño de las dos etapas como es la de repulpado y la de cianuración representados en los diagramas de instrumentación respectivos.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 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.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES VIII ÍNDICE PRESENTACIÓN................................................................................................................................. I DEDICATORIA ................................................................................................................................... II AGRADECIMIENTO .......................................................................................................................... IV RESUMEN .......................................................................................................................................... V ABSTRACT ........................................................................................................................................ VI ÍNDICE ............................................................................................................................................... VII CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN 1. PROBLEMA ................................................................................................................................... 1 2. ENUNCIADO DEL PROBLEMA ................................................................................................... 1 3. HIPÓTESIS ................................................................................................................................... 2 4. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA ........................................................................................... 2 5. OBJETIVOS ................................................................................................................................... 3 5.1. Objetivo General ................................................................................................................... 3 5.2. Objetivos Específicos ............................................................................................................ 3 6. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ................................................................................................... 3 6.1. Generalidades ..................................................................................................................... 3 CAPITULO II FUNDAMENTO TEÓRICO 1. SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN ........................................................................................... 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 LÓGICO 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
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 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 Básico De Sistemas SCADA .............................................................................. 20 5.2. Funciones Principales Del Sistema SCADA ....................................................................... 21 6. RELAVES ................................................................................................................................. 22 7. CIANURACIÓN ........................................................................................................................... 22 7.2. Cianuración dinámica.......................................................................................................... 22 7.3. Cianuración Estática ........................................................................................................... 23 8. MÉTODOS LIXIVIANTES ........................................................................................................... 23 8.1. Métodos de Cianuración ...................................................................................................... 24 8.1.1. Método de Cianuración tipo “DUMP LEACHING” .................................................... 24 8.1.2. Método de Cianuración tipo “HEAP LEACHING”.................................................... 24 8.1.3. Método de Cianuración tipo “VAT LEACHING” ...................................................... 25 8.1.4. Método de Cianuración por agitación ...................................................................... 25 8.2. Cianuración por Agitación en la Unidad Minera Orcopampa ............................................. 25 9. CARBÓN ACTIVADO .................................................................................................................. 26 9.1. El carbón activado en la cianuración ................................................................................... 27 10. ESPESADOR .............................................................................................................................. 27 10.1. Principio de Operación ....................................................................................................... 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
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES X CAPITULO IV SELECCIÓN DE INSTRUMENTOS Y EQUIPOS 1. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE CONTROL ................ 42 1.1. Instrumentos de Medición .................................................................................................... 42 1.2. Válvulas de Control............................................................................................................... 43 1.3. Equipos de Control .............................................................................................................. 44 1.3.1. Controlador Lógico Programable ............................................................................. 44 2. SELECCIÓN DE INSTRUMENTOS Y EQUIPO DE CONTROL .............................................. 45 2.1. Selección de Instrumentos ................................................................................................... 45 2.1.1. Sensor Ultrasonido De Nivel .................................................................................... 45 2.1.2. Densímetro 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. Válvula Pinch Neumática ......................................................................................... 57 2.1.7. Válvula de Control Electroneumática ....................................................................... 58 2.1.8. Válvula Neumática Tipo Cuchilla ............................................................................ 59 2.1.9. Electroválvulas ......................................................................................................... 61 2.1.10. Transductor De Corriente ......................................................................................... 63 2.1.11. Variadores de Velocidad .......................................................................................... 64 2.2. Selección de Equipo De Control .......................................................................................... 69 2.2.1. PLC QUANTUM 140CPU534-14 ............................................................................. 69 2.2.2. PLC Modicon M340 .................................................................................................. 72 CAPITULO V DISEÑO DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN 1. ARQUITECTURA DEL SISTEMA CONTROL .......................................................................... 75 2. FILOSOFÍA DE CONTROL ......................................................................................................... 78 2.1. Control Discreto ................................................................................................................... 80 2.2. Selección Automático/Manual (VIA PLC) ........................................................................... 80 2.3. Selección Local/Remoto ...................................................................................................... 81 3. DIAGRAMAS DE INSTRUMENTACIÓN .................................................................................... 82 3.1. Diagrama De Instrumentación del proceso de Repulpado ............................................... 82
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES XI 3.2. Diagrama De Instrumentación del proceso Cianuración ................................................... 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 supervisión ......................................................................... 94 2.4. Costos por mano de obra .................................................................................................. 94 3. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO ........................................................................................... 95 4. FINANCIACIÓN ........................................................................................................................... 95 CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 96 RECOMENDACIONES ..................................................................................................................... 97 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................. 98 ANEXOS
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES XII INDICE DE FIGURAS Fig. 1 : Ubicación geográfica ...................................................................................................... 4 Fig. 2 : Esquema del proceso de repulpado .............................................................................. 5 Fig. 3 : Esquema del proceso de cianuración ............................................................................ 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 flotación ............................................................................................... 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 cianuración #1 ................................................................................... 36 Fig. 17 : Diagrama de flujo del pH en el tanque de cianuración #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 : Densímetro Radiactivo ................................................................................................. 48 Fig. 24 : Medidor de pH ............................................................................................................... 52 Fig. 25 : Medidor de Oxigeno Disuelto ....................................................................................... 54 Fig. 26 : Principio de Operación de Flujómetro de Efecto Vortex ............................................. 56 Fig. 27 : Medidor de Flujo ........................................................................................................... 56 Fig. 28 : Válvula Pinch Neumática .............................................................................................. 58 Fig. 29 : Válvula Neumática Proporcional .................................................................................. 59 Fig. 30 : Válvula Neumática Tipo Cuchilla ................................................................................. 61 Fig. 31 : Electroválvula ON/OFF ................................................................................................. 62 Fig. 32 : Transductor De Corriente ............................................................................................. 63
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES XIII Fig. 33 : Instalación típica del variador de velocidad con un motor trifásico ............................ 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 Instrumentación del proceso de repulado ............................................. 84 Fig. 40 : Diagrama de Instrumentación del proceso de cianuración ......................................... 86 Fig. 41a : SCADA del Proceso de Repulpado ............................................................................. 88 Fig. 41b : SCADA del Proceso de Repulpado ............................................................................. 89 Fig. 42 : SCADA del Proceso de Cianuración ........................................................................... 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
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES XIV INDICE DE TABLAS Tabla. 1 : Presión de trabajo de válvula de control neumática ................................................... 60 Tabla. 2 : Selección de Variadores de Velocidad ........................................................................ 66 Tabla. 3 : Características del PLC Quantum 140CPU534-14 .................................................... 70 Tabla. 4 : Características 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 Supervisión .................................................................. 94 Tabla. 8 : Costos por Mano de Obra ............................................................................................ 94
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 1 CAPITULO I INTRODUCCIÓN 1. EL PROBLEMA En el departamento de Arequipa se ubica la unidad minera Orcopampa perteneciente a la compañía de minas “BUENAVENTURA”, la cual inicio sus operaciones hace 42 años. 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, aprobándose el proyecto e iniciándose la implementación el año 2007, la planta está 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 válvulas, en esta etapa se realizan controles de nivel y de densidad. La segunda etapa es la de cianuración que cuenta con tanques de cianuración, bombas y agitadores. Actualmente las dos etapas no existe un control automático, sumado a esto no tienen un sistema de control de la cantidad que procesan diariamente. 2. ENUNCIADO DEL PROBLEMA ¿Es posible realizar el Diseño del sistema de control automático del proceso de retratamiento del relave en la unidad minera Orcopampa de la empresa Buenaventura?
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 2 3. HIPÓTESIS La automatización de planta de repulpado y cianuración en la unidad minera Orcopampa significara asegurar un aumento en la eficiencia del procesamiento de oro. 4. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA Habiendo realizado una pesquisa bibliográfica, respecto a los antecedentes del presente trabajo, se tiene que: En biblioteca: Se buscó información en la Biblioteca Especializada de la Universidad Privada Antenor Orrego, se encontró una tesis relacionado con el tema. Autor: Br Eduardo Raúl Arca Torrejón Titulo: “Diseño e implementación de un sistema de supervisión y control de proceso de relaves en la unidad minera Rosaura de le empresa PERUBAR”. Conclusiones: Al analizar la problemática y con el estudio de la automatización se dio paso al diseño del sistema de supervisión y control del proceso de disposición de relaves en la unidad minera Rosaura de la empresa Perubar. Haciendo un diseño de sistemas de control así como los lazos de control para las diversas variables del proceso, determinación de las entradas y salidas necesarias. Luego procedió al diseño del diagrama de instrumentación con la selección de los instrumentos y equipos necesarios para el proceso ya mencionado, implementando también el software de control y supervisión apropiada, finalizando su instalación e implementación del proyecto en base a lo diseñado.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 3 5. OBJETIVOS: 5.1. Objetivo General Diseñar la automatización más adecuada para el proceso de retratamiento del relave en la unidad minera Orcopampa 5.2. Objetivos Específicos  Diseñar un sistema de control el cual debe cumplir con los lineamientos de la planta.  Diseñar un sistema de control, seguro, amigable y confiable en donde el operador pueda realizar las distintas operaciones de manera fácil e intuitiva, utilizando para ello todas las herramientas que los componentes ofertados puedan tener.  Realizar una adecuada selección de instrumentos, controlador lógico programable (PLC), Scada, etc. de acuerdo a los requerimientos del sistema. 6. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA 6.1. Generalidades Ubicación 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 vía aérea Principales productos (en orden de importancia):  ORO  PLATA Tipo de operación y minas Subterránea en las minas Nazareno, Prometida, Lucy Piso y Prosperidad.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 4 Método de explotación Método de Corte y Relleno Ascendente Mecanizado  Limpieza con Scoop de 0.5, 1.0, 2.2 y 3.5 Yd3  Extracción 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: Ubicación geográfica
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F G A B C D E F G Buena enturade Minas Compañia U.E.A. Orcopampa DISEÑADO 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 RAKE DRIVE HIGH TORKE VELOCIDAD IMPULSOR FALLA VFD IMPULSOR FUNCIONANDO GM M TURBINE RAKE EMPRESA: COMPAÑIA 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 Nº DE PLANO: DWG - 1 HOJA: 1 UBICACION EN INDICE DEL PROYECTO: FIG. 2 - PAG 5
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F G A B C D E F G Buena enturade Minas Compañia U.E.A. Orcopampa DISEÑADO POR:: BR. RENATO BALTA Y BR. CARLOS VASQUEZ VERIFICADO POR: ING. LUIS VARGAS DIAZ. EMPRESA: COMPAÑIA 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 Nº DE PLANO: DWG - 2 HOJA: 1 UBICACION EN INDICE DEL PROYECTO: FIG. 3 - PAG 6
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 7 CAPITULO II FUNDAMENTO TEÓRICO 1. SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN Desde los inicios de la era industrial hasta la actualidad, la automatización de procesos ha pasado a ser una herramienta indispensable, actualmente ninguna empresa puede dejar de lado la automatización de sus procesos pues ésta aumenta la calidad de sus productos finales, reduce los tiempos de producción, 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 máquinas automatizadas y por la eliminación 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 también de las diferentes acciones sucesivas realizadas para conseguir un determinado resultado. Un sistema es una combinación de componentes que actúan 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 perturbación se genera dentro del sistema, se denomina perturbación interna, mientras que una perturbación 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 interconexión de componentes que forman una configuración de tal manera que mandan, dirigen o regulan a un sistema según una respuesta deseada del mismo. Se denomina consigna (punto de referencia) a las condiciones de
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 8 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 márgenes de variación de determinadas magnitudes que serán comparadas con otras de la misma naturaleza medidas en el proceso y que lo caracterizan. Los sistemas de control, según que el desarrollo del proceso tenga efecto o no sobre la acción 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 información o variables que controlan el proceso circulan en una sola dirección, desde la unidad de control al proceso. El sistema de control no recibe ninguna información sobre el desarrollo (variables de salida) del mismo y, por tanto éste no tiene ningún efecto sobre la acción 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 condición de operación fija no adaptable a los posibles cambios. La precisión depende de la calibración 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 relación preestablecida entre el desarrollo del proceso (variables de salida) y las entradas de referencia (consigna), comparándolas y utilizando su diferencia como señal de control. La siguiente figura muestra el diagrama de bloques de uno de estos sistemas.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 9 Fig. 5: Sistema de bucle cerrado Cualquier proceso que queramos controlar, estará sometido a perturbaciones (internas y externas) que tenderán a desviarlo de su desarrollo deseado. Para conocer el desarrollo del proceso y poder compensar así sus desviaciones, se seleccionan aquellas magnitudes que lo caractericen, y que son medidas a través de los sensores, de tal forma que nos permiten conocer si el proceso está evolucionando dentro de los márgenes preestablecidos o no. Las señales que producen los sensores se comparan con las señales de referencia o consigna (que establecen la situación deseada) de tal forma que la señal diferencia de ambas (señal error) determina las acciones a realizar, tienden a acercar la respuesta del sistema a la deseada. El término lazo o bucle cerrado implica el uso de la acción de control realimentado para reducir el error en el sistema. En la mayoría 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 reacción sobre su desarrollo. 1.3. Controladores 1.3.1. Control Todo o Nada Es la regulación más simple y económica, utilizada en numerosas aplicaciones en las que puede admitirse una oscilación continua entre dos límites, siempre y cuando se trate de procesos de evolución lenta, como ejemplos podemos citar la regulación de nivel o de temperatura, todos éstos son problemas relativamente sencillos de lógica digital, quiere decir de dos estados cero o uno, o también on/off. Numerosos reguladores incorporan esta función básica, que además ofrece la máxima rapidez de respuesta y en ocasiones se recurre a este tipo de control cuando el error es grande, y se
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 10 pasa de forma automática a otro tipo de regulación cuando el error se aproxima a cero. 1.3.2. Control PID El algoritmo de control más ampliamente extendido es el PID, pero existen muchos otros métodos que pueden dar un control de mayor calidad en ciertas situaciones donde el PID no responde a la perfección. El PID da buenos resultados en la inmensa mayoría de casos y tal vez es por esta razón que goza de tanta popularidad frente a otros reguladores teóricamente mejores. Los diseñadores de software de regulación pretenden que programar los nuevos sistemas de control sea tan fácil y familiar como el PID, lo que posibilitaría una transición sin dificultades. Sea cual sea la tecnología de control, el error de regulación es la base a partir de la cual actúa el PID y se intuye que cuanto más precisa sea la medida, mejor se podrá controlar la variable en cuestión. Esta es la razón por la que el sensor es el elemento crítico del sistema. También se debe pensar en la instalación, 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 acción 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 LÓGICO PROGRAMABLE (PLC) Hasta no hace mucho tiempo el control de procesos industriales se venía haciendo de forma cableada por medio de contactores y relés. Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones, se le exigía tener altos conocimientos técnicos para poder realizarlas y posteriormente mantenerlas, además cualquier variación en el proceso suponía modificar físicamente gran parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo técnico y un mayor desembolso económico.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 11 El PLC trabaja atendiendo sus entradas y dependiendo de su estado conecta/desconecta sus salidas. El usuario introduce un programa, normalmente vía software que proporciona los resultados deseados. Los PLC son utilizados en muchas aplicaciones reales, casi cualquier aplicación que necesite algún tipo de control eléctrico necesita un PLC. Entonces se define un PLC como una computadora especializada, diseñada 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 elaboración 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. - Mínimo espacio de ocupación. - Menor costo de mano de obra de la instalación. - Economía de mantenimiento, aumento de la fiabilidad del sistema al eliminar contactos móviles, los mismos autómatas pueden detectar e indicar averías. - Posibilidad de gobernar varias maquinas con un mismo autómata. - Menor tiempo para la puesta de funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo de cableado. - Si por alguna razón la maquina queda fuera de servicio, el autómata queda útil para otra máquina o sistema de producción. b) Desventajas En primer lugar, de que hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a los técnicos, pero hoy en día ese inconveniente está 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, según las características del automatismo en cuestión, dado que el PLC cubre ventajosamente en amplio espacio entre la lógica cableada y el microprocesador es preciso que el proyectista lo conozca tanto en cualidades
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 12 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 demás factores para asegurarnos una decisión acertada. c) Ejemplos de circuitos sin PLC La siguiente figura muestra un típico circuito de automatismos, Un arrancador Estrella/Triángulo 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 propósito de manera programada, el circuito de fuerza es exactamente el mismo que en la técnica cableada, sin embargo, el de mando será sustituido por un autómata programable, al cual se unen eléctricamente los pulsadores y las bobinas de los contactores. La maniobra de arranque la realizara el programa que previamente se ha transferido al autómata.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 13 Fig. 7: Ejemplo de circuitos con PLC 2.2. Partes de un PLC La estructura básica de cualquier autómata es la siguiente:  Fuente de alimentación  CPU  Módulos I/O  Terminal de programación  Periféricos de comunicación. 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 supervisión, buses de comunicación, etc.) ésta tendrá éxito en función a la capacidad de adaptarse a las necesidades específicas de cada proceso, por lo tanto, un sistema de control debe: garantizar la estabilidad, ser robusto frente a perturbaciones, tener alta escalabilidad, ser fácilmente implementable, ser cómodo de operar en tiempo real con ayuda de un ordenador y ser tan eficiente como sea posible de acuerdo al criterio preestablecido, puesto
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 14 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 éstas características influyen mucho en la eficiencia del sistema de control. Las necesidades productivas de cada industria marcarán las características de su sistema de control. Por otra parte, las tecnologías están cambiando a una enorme velocidad, lo que hace que el predominio de una tecnología de control, durante un determinado período de tiempo, sea más intenso, de tal manera que hay que ser muy objetivo a la hora de implementar una nueva tecnología, normalmente se realizaba un control centralizado que podían gestionar cientos de lazos, al seguir avanzando los procesos y las tecnologías apareció la necesidad del control distribuido dividiéndolas en partes, las cuales eran supervisadas por un sistema superior, que a su vez pasaba la información a los sistemas informáticos de gestión según la pirámide o niveles de comunicaciones. 3.1. Sistema de Control Distribuido Control distribuido se denomina a la asignación de tareas a varios controladores instalados en zonas estratégicas en la planta como muestra en la Fig. 8, en vez de instalar un controlador central de gran capacidad, los pequeños controladores interconectados vía un sistema de bus de campo. Presentando las siguientes ventajas:  Programación más sencilla con programas más pequeños.  Un arreglo más confiable de la estructura del sistema.  Facilidad para ampliar o modificar el sistema.  Mayor disponibilidad de información en el sistema debido a la presciencia de controladores autónomos.  Tiempo de reacción muy cortos, independiente de los tiempos de operación de bus. Aunque muchas veces, de forma errónea, son agrupadas dentro del término "Bus de Campo", las redes de control distribuido son sistemas de comunicaciones completos, dirigidos fundamentalmente a la transmisión de información, que permite la interconexión de múltiples dispositivos de proceso con la inteligencia suficiente como para soportar el protocolo de comunicaciones de la red y para elaborar la información que ésta requiera. Ejemplos de este tipo de redes serían Ethernet/TCP/IP o Industrial- Ethernet, la diferencia fundamental respecto a los "Buses de Campo" es que para éste caso no se está realizando un cálculo multiplexado de bits digitales, si no, que se
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 15 establece una comunicación interactiva entre los diferentes elementos o dispositivos que componen la red, por ejemplo, el centro de control no sólo podrá parametrizar un dispositivo concreto de la red, si no, que podrá modificar íntegramente el programa que dicho dispositivo ejecuta, transferir ficheros, requerir históricos de datos almacenados, etc. Fig. 8: Sistema de control distribuido En general las redes de control distribuido son las más utilizadas en los sistemas de supervisión y/o adquisición donde los dispositivos distribuidos disponen de un grado de inteligencia tal que pueden conformar células autónomas de control con su propia capacidad de procesado y almacenamiento de la información 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 también “Fieldbus” es relacionado con una red de características propias, que nos permite conectar dispositivos de campo ubicados en plantas industriales, con el fin que interactúen entre ellos, en cierta medida es cierto, pero no es la definición más adecuada. Fieldbus se refiere a tecnologías de comunicación y protocolos usados en automatización 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 información que ellos puedan brindar, pueda recorrer el sistema de información de toda la planta.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 16 El bus de campo debe cumplir estrictamente con los requerimientos de modularidad, seguridad, flexibilidad, resistencia a interferencias, facilidad de instalación, mantenimiento, programación, además debe cumplir principalmente dos aplicaciones diferentes:  El control secuencial de las maquinarias o fábricas, donde la protección contra el peligro de explosión no es un factor crítico. Se caracteriza por tiempos de reacción cortos, elevada velocidad de transmisión y longitud de buses de hasta 300 metros.  El control de procesos, donde la protección contra los peligros de explosión debe ser intrínsecamente 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 restricción 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 configuración 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 comunicación entre dispositivos de diferentes sin necesidad de adaptaciones de adicionales, en pocas palabras, los usuarios podrán 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 conexión de diversos elementos de diversos fabricantes.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 17  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 operación del bus de campo es limitada y tal bus de campo se convierte en una opción poco útil. La última 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 validación de los equipos. Si se selecciona correctamente un bus de campo para una determinada aplicación se puede ofrecer al usuario muchas ventajas tangibles e intangibles tales como:  Reduce la complejidad del sistema de control en términos 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 drásticamente reducido en el campo, la cantidad de accesorios de montaje también se reduce drásticamente. Todo esto implica un ahorro directo y muy significativo de costos.  Al reducir los requerimientos de hardware, también se reducen los tiempos de instalación y requerimientos de mano de obra. La implementación física de las instalaciones es mucho más rápida, además, 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 diseño que es la parte de ingeniería se desarrolla en menor tiempo y por tanto el costo es menor. La necesidad de diseñar complicados esquemas de control y de cableado se simplifica significativamente.  Las modificaciones futuras, con actualización o ampliaciones que son fácilmente 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.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 18  Los tiempos de parada y perdidas de producción son reducidos porque los procedimientos de diagnostico y corrección de fallas del sistema Fieldbus permiten tomar acciones rápidamente.  En la actualidad existen muchas opciones. Algunos fabricantes han desarrollado sistemas basados en tecnologías disponible (como la interfaz RS-232 o el protocolo MODBUS) con las limitaciones existentes. Otras compañías, sin embargo, han desarrollado nuevos y más poderosos estándares que ofrecen el manejo de mayores cantidades de información 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 tecnologías básicas. 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 abreviación en ingles de interfaz Hombre Maquina. Los sistemas HMI podemos pensarlos como una ventana de un proceso, ésta ventana puede estar en dispositivos especiales como paneles de operador o en una computadora, los sistemas HMI
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 19 en computadoras se los conoce también como software HMI o de monitoreo y control de supervisión como indica la Fig. 9. Las señales del proceso son conducidas al HMI por medio de dispositivos como tarjetas de entrada y salida en la computadora, PLC’s, RTU o variadores de velocidad de motores cuya comunicación 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 números, texto o gráficos que permitan una lectura más fácil de interpretar. La supervisión 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 límites de control pre-establecidos. El control del HMI tiene la capacidad de aplicar algoritmos que ajustan los valores del proceso y así mantener estos valores dentro de ciertos límites, sin embargo, la aplicación de ésta función desde un software corriendo en una PC puede quedar limitada por la confiabilidad que quiera obtenerse del sistema. También 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 optimización y corrección de procesos. Fig. 9: HMI
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 20 5. SCADA 5.1. Concepto Básico de Sistemas SCADA Los sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) son aplicaciones de software, diseñadas con la finalidad de controlar y supervisar procesos a distancia. Se basan en la adquisición de datos de los procesos remotos. Es una aplicación de software, especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo, controladores autónomos, autómatas programables, etc. controlando el proceso de forma automática desde una computadora, además, envía la información 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 participación de otras áreas como por ejemplo: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc. Cada palabra de SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de datos) involucran muchos subsistemas, por ejemplo, la adquisición de los datos puede estar a cargo de un PLC (Controlador Lógico Programable) el cual toma las señales y las envía a las estaciones remotas usando un protocolo determinado. Las tareas de Supervisión y Control generalmente están más 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 ésta, las situaciones de alarma y tomar acciones físicas sobre algún equipo lejano, la comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos. Estos sistemas actúan sobre los dispositivos instalados en la planta, como son los controladores, autómatas, sensores, actuadores, registradores, etc. Además permiten controlar el proceso desde una estación remota, para ello el software brinda una interfaz gráfica que muestra el comportamiento del proceso en tiempo real.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 21 5.2. Funciones Principales Del Sistema SCADA a) Supervisión Remota De Instalaciones Y Equipos: Permite al operador conocer el estado de desempeño de las instalaciones y los equipos alojados en la planta, lo que permite dirigir las tareas de mantenimiento y estadística de fallas. b) Control Remoto De Instalaciones Y Equipos: Mediante el sistema se puede activar o desactivar los equipos remotamente (por ejemplo abrir válvulas, activar interruptores, etc.) de manera automática y también manual, además, es posible ajustar parámetros, valores de referencia, algoritmos de control, etc. c) Procesamiento De Datos: El conjunto de datos adquiridos conforman la información que alimenta el sistema, esta información es procesada, analizada, y comparada con datos anteriores, y con datos de otros puntos de referencia, dando como resultado una información confiable y veraz. d) Visualización Gráfica Dinámica: El sistema es capaz de brindar imágenes en movimiento que representen el comportamiento del proceso, dándole al operador la impresión de estar presente dentro de una planta real. Estos gráficos también pueden corresponder a curvas de las señales analizadas en el tiempo. e) Generación De Reportes: El sistema permite generar informes con datos estadísticos del proceso en un tiempo determinado por el operador. f) Representación Se Señales De Alarma: A través de las señales de alarma se logra alertar al operador frente a una falla o la presencia de una condición perjudicial o fuera de lo aceptable. Estas señales pueden ser tanto visuales como sonoras. g) Almacenamiento De Información Histórica: Se cuenta con la opción de almacenar los datos adquiridos, esta información puede analizarse posteriormente, el tiempo de almacenamiento dependerá del operador o del autor del programa. h) Programación De Eventos: Esta referido a la posibilidad de programar subprogramas que brinden automáticamente reportes, estadísticas, gráfica de curvas, activación de tareas automáticas, etc.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 22 6. RELAVES Los relaves son desechos tóxicos subproductos de procesos mineros, usualmente una mezcla de tierra, minerales, productos químicos y agua. Los relaves contienen altas concentraciones de químicos 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 depósito estratificado de materiales sólidos finos. El manejo de relaves es una operación clave en la recuperación de agua y evitar filtraciones hacia el suelo. Dado que el costo de manejar este material es alto, las compañías mineras intentan localizar los "tanques o pozas de relave" lo más cerca posible a la planta de procesamiento de minerales, minimizando costos de transporte y reutilizar el agua contenida. 7. CIANURACIÓN 7.1. Cianuración dinámica En este proceso en movimiento o llamado también agitación, cuyo objetivo es de mantener la pulpa en agitación, obedece a la intención de acelerar el proceso de disolución y exposición de las partículas metálicas a la acción 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 último tanque donde, ya se le ha extraído 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 intención es de alcanzar mayores recuperaciones, sin embargo se debe evaluar el costo, porque no siempre el alcanzar altas recuperaciones resulta siendo lo más rentable teniendo en cuenta que un proceso más largo implica mayores gastos.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 23 a) Tanques agitadores mecánicos En este tipo de operación se usan plantas en las que la pulpa circula en tanques de metal, usualmente cilíndricos, en los que el material sólido es mantenido en suspensión agitada mediante el uso de motores. b) Tanques agitadores neumáticos Es una operación similar a la anterior, es decir que también se tratan de tanques metálicos para agitar la pulpa pero con la diferencia que la suspensión de la pulpa se efectúan mediante el bombeo del aire en la base del tanque (llamados pachuca), muchos expertos consideran que además de esta forma se puede acelerar las reacciones debido a la gran cantidad de aire que se introduce a la pulpa. 7.2. Cianuración Estática Se define como aquellas en las que el material sólido 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 energía, además son los típicos procesos de bajos costo de capital, o sea inversión relativamente baja en función del tamaño de planta según el tonelaje, aplicado en métodos de Cianuración convencional. 8. MÉTODOS LIXIVIANTES El término lixiviación se define como un proceso hidro-metalúrgico, significa que con la ayuda del agua como medio de transporte, se usan químicos específicos para separar los minerales valiosos (y solubles en dichos líquidos) de los no valiosos. Este proceso permite trabajar yacimientos que suelen ser calificados de baja ley (y por tanto de más alto costo de producción por tonelada) siempre que la operación minera involucre una actividad a gran escala, es decir, que la lixiviación es un proceso de recuperación que hará económico un proyecto conforme se trabajen mayores volúmenes de material, en la actualidad los métodos lixiviantes trabajan normalmente con cianuro. A continuación algunos métodos lixiviantes.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 24 8.1. Métodos de Cianuración La decisión de aplicar tal o cual método de Cianuración a los minerales para recuperar el oro, es eminentemente económica, previa evaluación metalúrgica, para cada uno de los casos tenemos los siguientes métodos: - Método de cianuración tipo DUMP LEACHING - Método de cianuración tipo HEAP LEACHING - Método de cianuración tipo VAT LEACHING - Método de cianuración tipo CIANURACION POR AGITACION En todos los métodos de Cianuración del oro se va a obtener una solución cargada de oro, la recuperación o captación del oro en solución se logra en dos forma una es la del Carbón activado en CIC (Carbón en columna) o en CIP (Carbón en pulpa). La otra forma de recuperar el oro en solución es la del Merril Crowe, que es la precipitación del oro con polvos de Zinc. 8.1.1. Método de Cianuración tipo “DUMP LEACHING” Este método 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 más de 80 metros, su sistema de riego es por goteo con soluciones cianuradas de bajísima concentración, los contenidos de oro en los minerales es bajo están alrededor de 1 gramo por tonelada de mineral. 8.1.2. Método de Cianuración tipo “HEAP LEACHING” Este método 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, aspersión 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 mayoría de las operaciones Heap una etapa de chancado a un tamaño de ¼ 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.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 25 8.1.3. Método de Cianuración tipo “VAT LEACHING” El nombre del método está referido a que el mineral esta en un recipiente tipo Batea, entonces el método Vat leaching sería 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 inundación, las operaciones pueden ser de diverso tamaño, las leyes en oro deben justificar la molienda, previamente a los riegos de soluciones cianuradas, se realiza una aglomeración al material molido. Este método mayormente se aplicó a los relaves de amalgamación de la zona, por los costos bajos y la metodología casi artesanal, en el sistema de mantas transportables. 8.1.4. Método de Cianuración por agitación La Cianuración por Agitación es el Método que requiere de la máxima liberación del mineral, para obtener buenas recuperaciones en oro, si el oro es más expuesto a las soluciones cianuradas, mayor será su disolución del oro. La recuperación de oro de las soluciones “ricas” se realiza en dos formas: una es la del Carbón activado (CIP) y la otra técnica es la de precipitar con polvos de zinc (Merril Crowe). Finalmente, hay que usar algunas técnicas como la Desorción del carbón activado, la electro deposición del oro y la Fundición y Refinación del oro para obtener el oro de alta pureza. 8.2. Cianuración por Agitación en la Unidad Minera Orcopampa La agitación puede ser considerada como el método mecánico 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 solución cianurada, siendo el cianuro el agente lixiviante. Estos agitadores son de varios tipos de construcción, siendo divididos básicamente de dos tipos principales, es decir aquellos que dependen completamente de elevadores de aire y en segundo lugar aquellos que dependen de una combinación de aire y agitación mecánica. En la unidad minera Orcopampa el proceso de flotación antiguamente utilizado era poco eficiente, por ejemplo si en una tonelada de mineral había 10 gramos con este método solo se recuperaba 6 gramos, el resto se iba a las canchas de relaves. El
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 26 proceso de lixiviación actual consiste en la cianuración por agitación, permitiendo recuperar un 95% del total de oro. Estudios realizados hace algunos años, 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 últimos años, fue posible que se aprobara el proyecto para volver a procesar el relave seco mediante la técnica de cianuración por agitación para recuperar el oro que se perdía por la poca eficiencia de la técnica antigua de recuperación de oro, realizando cálculos 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 años. 9. CARBÓN ACTIVADO El carbón activado, es un material de carbón poroso, un material que se ha sometido a reacción con gases oxidantes (como CO2 o aire), o con vapor de agua, o bien a un tratamiento con adición de productos químicos como el H3PO4, durante (o después) de un proceso de carbonización, con el objeto de aumentar su porosidad. Los carbones activados poseen una capacidad de adsorción elevada y se utilizan para la purificación de líquidos y gases. Mediante el control adecuado de los procesos de carbonización y activación se puede obtener una gran variedad de carbones activados que posean diferentes distribuciones de tamaño de poros. El carbón activado que se produce artificialmente de manera que exhiba un elevado grado de porosidad y una alta superficie interna, estas características, junto con la naturaleza química de los átomos de carbono que lo conforman, le dan la propiedad de atraer y atrapar de manera preferencial ciertas moléculas del fluido que rodea al carbón, a esta propiedad se le llama adsorción, al sólido se le denomina “adsorbente” y a la molécula atrapada, “adsorbato”. Prácticamente cualquier material orgánico con proporciones relativamente altas de carbono es susceptible de ser transformado en carbón activado. Los carbones activados obtenidos industrialmente pueden provenir de, turba, lignito y otros carbones minerales, así como de diferentes polímeros y fibras naturales o sintéticas, los residuos de madera, frutos secos, así
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 27 como las semillas de algunas frutas junto con los carbones minerales y el coque de petróleo, son los precursores más usados, etc. Uno de los proceso para estos elementos es que se granula y se tamiza en diversos tamaños, especialmente en el método de Cianuración Carbón en Pulpa o cianuración por agitación. 9.1. El Carbón Activado en la Cianuración Las paredes internas y externas del carbón activado está formado por macro poros y micro poros donde por atracción electrostática se aloja los complejos cianurados de oro y otros, esta etapa se llama ABSORCIÓN, la velocidad de cinética de absorción del oro es alta y en menor grado son las de la plata y mercurio, la proporción de carbón que se alimenta al proceso es de acuerdo a un balance de metales y las capacidades de captación de oro o metal por al carbón está de acuerdo a la calidad y cantidad de carbón usado. Se conoce que un carbón calgon (el más duro), tiene una capacidad de captación de 30 a 40 gramos de metal por kilogramo de carbón, estas eficiencias van perdiendo a medida que se sigue reutilizando en los procesos, unos 20 usos sería el optimo para descartarlo. La reactivación de carbón activado es de dos clases. La más simple es el ataque ácido (clorhídrico) para limpiar las impurezas de los macro poros (sulfatos, carbonatos, etc.) y la reactivación térmica se realiza para devolverle la eficiencia de captación de metales, limpia los micro poros, en la mayoría de casos es más económico reponer carbón nuevo en un porcentaje que hacerle servicio de Reactivación térmica. 10. ESPESADOR 10.1. Principio de Operación Un espesador es un aparato de separación continua de solido – liquido, en el que los sólidos en suspensión se dejan decantar, produciendo un rebose de agua clarificada y un lodo concentrado en la descarga, cuando en la separación se produce una decantación y un posterior espesamiento de los lodos estamos hablando entonces de un espesador. Generalmente son circulares, la alimentación se realiza por tubería a una campana central, que sirve como reparto y de zona tranquilizadora, con una altura tal que no influya en la zona inferior de compactación. El fondo debe tener una
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 28 pendiente mínima de los 10 grados. En un espesador, el grupo motriz se halla instalado en el centro de la pasarela y mediante acoplamiento rígido, 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 más del 95% de agua, por lo que ocupan volúmenes importantes, ello hace necesario un tratamiento para modificar sus características y permitir unas condiciones tales que su evacuación y disposición final sean óptimas 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 concentración o eliminación parcial de agua, finalmente se extrae el fango ya procesado mediante una tubería que se encuentra por la parte central debajo del espesador. 10.2. Tipos de Espesamientos Los tipos más frecuentes de espesamientos:  Espesamiento por gravedad  Espesamiento por flotación  Espesamiento por centrifugación (casi no usado) El tipo de espesamiento a aplicar y su compactación dentro de la línea de fango, depende de la procedencia del fango a espesar y del tipo de tratamiento a efectuar, los más usados son espesamiento por gravedad y flotación. a) Espesamiento por gravedad Este mecanismo como indica la Fig. 10 se utiliza para la mezcla y homogeneización de fangos de distintos orígenes, de accionamiento central mediante cabeza de mando o de accionamiento central con motoreductor.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 29 Fig. 10: Espesador por gravedad 1. Cabeza de mando 5. Piquetas de espesamiento 2. Cilindro de distribución 6. Barredores o rasquetas de fondo 3. Eje 7. Pasarela 4. Barredor de pozos de lodos
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 30 b) Espesamiento por flotación Este mecanismo como indica en la Fig. 11 se utiliza para la flotación de fangos, accionamiento mediante aire disuelto con recirculación de sobrenadantes. Fig. 11: Espesador por flotación 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 distribución 10. Pasarela c) Espesamiento por centrifugación La centrifugación tiene una aplicación limitada como sistema de espesado en una depuradora. Alternativa válida para cualquier tipo de fango, aunque está más indicada para concentrar fangos muy hidrófilos (que difícilmente liberan el agua que contienen), de difícil compactación.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 31 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 más aun en lugares donde el agua es escasa, en este caso para reciclar el agua se usa un decantador, llamado comúnmente espesador, como sabemos, la rastra de un tanque espesador se desplazar a velocidad constante dentro de la pulpa en su fondo, esta acción de barrido de las paletas genera un efecto de reacción en forma de par resistente que es transmitida a través del eje central hasta los accionamientos de los cabezales (engranajes), estos elementos mecánicos sometidos a esfuerzos variables, van a señalar por medio de sus indicadores los niveles de par que estén soportando en cada instante de tiempo. La magnitud del par de arrastre estará condicionada por el grado de compactación de la pulpa decantada y a su vez en función directa de la altura de la columna de sólidos. En un proceso de espesamiento de pulpa, cuanto más alta esta la interfase mayor será el contenido en sólidos 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 acción alguna el cual evite que el sistema de la rastra se detenga, pues cuando llega el límite de sobreesfuerzo detiene el movimiento de la rastra el
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 32 cual es un problema muy serio y toma varios días 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 sedimentación, es decir provoca que los sólidos en suspensión caigan con mayor fluidez. 2. CONTROL DE DENSIDAD El control de densidad se realiza en la descarga del espesador, consiste en realizar una medición de la densidad de la pulpa a la salida del espesador, de acuerdo al valor de densidad deseado, se controlara las válvulas para enviar la pulpa hacia la siguiente etapa o recircular la pulpa hasta que llegue a tener una densidad apropiada. La etapa de cianuración requiere que la pulpa tenga un nivel de densidad apropiado. Fig. 12: Proceso de control de densidad
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 33 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 electroválvulas (ON – OFF) que la hemos llamado válvula VE permite el retorno de la pulpa al espesador y la válvula VHT permite el paso de la pulpa al Holding tank, con el densímetro colocado antes de las válvulas se realiza un control de densidad. La válvula VE se encuentra normalmente abierta y la válvula VHT se encuentra normalmente cerrada, se arranca la bomba y la pulpa se recircula, es decir, vuelve al espesador, cuando el densímetro indique una densidad de pulpa mayor o igual que 1,4 g/ml la válvula VHT se abrirá y tres segundos después la válvula VE se cerrará, 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 válvula VE se abrirá y tres segundos después la válvula VHT se cerrará permitiendo que la pulpa ingrese nuevamente hacia el espesador, luego se repite el proceso en función 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
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 34 3. CONTROL DE FLUJO MASA El control de Flujo-masa es de mucha importancia pues permitirá que se tenga un control de las toneladas que se desea procesar, así como conocer el balance de las toneladas procesadas mensualmente, el cálculo 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 supervisión 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
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 35 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 medición como el flujómetro y el densímetro, la variable a controlar es indirecta pues es el resultado de una operación entre las variables de la densidad de la pulpa y el flujo a la descarga del holding tank y la gravedad especifica de los sólidos, mediante un control PID la variable manipulada es la señal de corriente de la salida analógica (4-20mA) que ingresa al variador de velocidad el cual alterará la velocidad de descarga, variando indirectamente el valor de flujo-masa, el Set Point es modificado según los requerimientos de planta mediante la PC de control y supervisión. Fig. 15: Diagrama de flujo de control de flujo masa
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 36 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 disolución acuosa de iones de hidrógeno (H) al medio. La alcalinidad o base aporta iones de hidroxilo OH al medio, por lo tanto, el pH mide la concentración de iones de hidrógeno o hidroxilo de una sustancia. El pH posee una escala propia que indica con exactitud un valor que en la mayoría va del número 0 al 14. Si el pH es de cero a seis, la solución es considerada ácida, por el contrario, si el pH es de ocho a catorce, la solución se considera alcalina. Si la solución posee un pH siete, es considerada neutra. Sin embargo el pH siete neutro se limita con seguridad, tan sólo a las soluciones acuosas, pues las que no son, si no están a una temperatura y presión normal, el valor de la neutralidad puede variar. Para evitar la pérdida de cianuro por hidrólisis (generación de gas cianhídrico, 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 concentración en la solución por encima de 100 gr/m3. El rango deseado de pH en los tanques de cianuración debe estar entre 10,5 y 11,0 se realiza un control PID ingresando una cierta cantidad de cal la cual será controlada por una válvula proporcional neumática. Fig. 16: pH en el tanque cianuración #1 ~ ~
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 37 INGRESO DE CAL INGRESO DE SET POINT LECTURA DE VARIABLE CONTROL PID DEL PLC TANQUE AGITADOR CIANURACIÓN 1 = ON Fig. 17: Diagrama de flujo del pH en el tanque de Cianuración #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 (presión barométrica), La temperatura de la solución, El tipo e intensidad de agitación, La fuerza iónica de la solución, a bajas concentraciones de cianuro la presión de oxigeno no tiene efecto sobre la velocidad de disolución de oro. Sin embargo, a elevadas concentraciones de cianuro, donde la velocidad de disolución es independiente de la concentración del solvente, la velocidad de reacción depende de la presión de oxigeno. Con una oxigenación eficiente, se espera incrementar la velocidad de cianuración (ahorrando costos de capital) y la recuperación de oro, además de disminuir el consumo de cianuro (por la destrucción de cianicidas). Mientras más largo sea el tiempo de cianuración requerido para alcanzar una recuperación deseada, mayor será la capacidad de los tanques de cianuración.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 38 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 diámetro y 7.5 metros de altura, en el cual ingresará 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 acción 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 apagará. Fig. 18: Proceso de control de nivel de agua Entonces en el tanque de agua el sensor medirá constantemente el nivel del agua y de acuerdo al nivel el PLC arrancará o detendrá la bomba 100-MPU-004, para mayor seguridad en el control de nivel, se pueden colocar switch’s de nivel el cual indiquen al PLC que el nivel del agua ya sobrepaso cierto nivel.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 39 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 propósitos 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 actuará sobre el motor del agitador del holding tank o mandara una señal al PLC M340 el cual hará 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 está por debajo del valor que es aproximadamente 7 metros el motor del agitador no arrancará, solo si el nivel está por encima de 7 metros este arrancará. SI SI NO NO
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 40 - El segundo nivel: si el nivel de la pulpa está por encima de 12 metros entonces se activará una alarma la cual avisará al operador para que pueda tomar acciones para no dejar que la pulpa se derrame. - El tercer nivel: si el nivel de la pulpa está por encima de 12,3 metros enviara una señal al PLC M340 para que recircule la pulpa a la descarga del espesador y así evitar que el holding tank se llene completamente y se desperdicie pulpa. Fig. 20: Proceso de control de nivel en el holding tank
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 41 LECTURA DE NIVEL MOTOR ON 200-MMX-001 ALARMA POR 60s. NIVEL > 7,0 NIVEL > 12,0 NIVEL > 12,3 SEÑAL 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
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 42 CAPITULO IV SELECCIÓN DE INSTRUMENTOS Y EQUIPOS 1. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE CONTROL 1.1. Instrumentos de Medición Los instrumentos de medición como son los sensores cuya determinación de selección adecuada para una determinada aplicación en algún proceso, esto llevara a una mejor medición en las variables, de tal manera que esto mejorara el proceso haciéndolo más eficiente. La exigencia en los procesos industriales nos lleva a realizar una mejor elección de los sensores de tal manera que debe ser capaz de controlar, mantener constante y transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas, las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como un fototransistor), etc. Al adquirir un sensor, nos encontramos con variedades de precios, este factor no es tan importancia si se requiere que el proceso sea más eficiente, lo que es importante son
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 43 las características del instrumento y de simple instalación dejando de lado el valor. Es necesario al hacer la selección de un sensor saber si debe soportar el ambiente industrial incluyendo al polvo, humedad, corrosión, ruido eléctrico, etc. Todos estos factores pueden llevar a que exista una variación en la medición del sensor. La compatibilidad de la señal de salida de los sensores debe de ser compatible en los buses de comunicación con las demás señales provenientes de instalaciones como hidráulicas, neumáticas, analógicas, digitales, etc. Para que luego sean medidas, controladas y supervisadas. Al realizar la selección de equipos de medición radiactivos, hay que tener en cuenta la instalación, la ubicación y analizar si no afecta al fluido a medir. Resumiendo las principales consideraciones que se deben de hacer al seleccionar un sensor son:  Las características satisfacen al proceso  Trabajan en un ambiente industrial en condiciones altas  Tienen el rango apropiado de trabajo  La señal de salida es la apropiada para el sistema  El sensor deberá de ser capaz de soportar un sobredimensionamiento  Tipo de precauciones con la posibilidad de causar daños en el ambiente o al personal de trabajo, etc. 1.2. Válvulas de Control En los proceso se requieren además del buen funcionamiento de las válvulas de control en vez de su costo y que el mantenimiento sea bajo, para poder sostener la producción. Por lo tanto es imperativo que al requerirse las válvulas de control se consideren las especificaciones que deben de cumplir además de las condiciones operativas. Las especificaciones para válvulas de control son lo que indica lo mínimo que debe de contener una válvula para satisfacer todas las condiciones de operación, el tipo de aplicación y los requerimientos del usuario. Todas las especificaciones se relacionan con las partes de la válvula de control y el flujo de fluidos
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 44 Las especificaciones de fabricación mencionan cómo deben de diseñarse y calcularse las diferentes partes de la válvula de control en función de los datos y detalles de operación y diseño y de los requerimientos del usuario. Cuando un usuario solicita una válvula de control para una construcción nueva o en sustitución de una válvula existente, debe de dar junto con los datos de operación, las especificaciones. Unas de las características principales de diseño de las válvulas, sean manuales o válvula de control automática es el material de la cual está construida que permita soportar las pruebas en un ambiente industrial: 1.3. Equipos de Control 1.3.1. Controlador Lógico Programable Al realizar la selección de un controlador se debe tener en cuenta la escalabilidad ya que las plantas industriales tienden cada vez a requerir más necesidades o también por la necesidad de hacer crecer la producción. El controlador debe tener la capacidad de lo que requiere un proceso para esto se debe tener en cuenta lo siguiente:  Alimentación de energía  Fuente de alimentación  Módulos de entrada y salida  características del procesador  Capacidad de memoria  Tipos de lenguaje de programación  Tipo de comunicación
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 45 2. SELECCIÓN DE INSTRUMENTOS Y EQUIPO DE CONTROL 2.1. Selección de Instrumentos Los criterios de selección mencionados es un punto de obligación para un diseño en una planta o un proceso de tal manera que evita de inversiones en desventaja o gastos innecesarios para la empresa, y permite el mejor desempeño de los equipos para con los procesos permitiendo una mejor eficiencia. Analizando el proceso de retratamiento del relave en función a los fluidos y señales a controlar y medir, para el mejor trabajo de todo el sistema se procedió a la selección de los instrumentos y equipos de control 2.1.1. Sensor Ultrasonido De Nivel Marca : HAWK Modelo : AWLI2 Cantidad : 2 Características:  Distancia máxima y mínima sin contacto. 6m (20 pies) máx. / 300mm (12 ")  Temperatura máxima de funcionamiento 60ºC / 140ºF  Voltaje de funcionamiento 12 - 30Vdc 90 - 265Vac 50/60Hz  Salida Analógica 4 -20mA (750ohms con suministro 24Vdc) (400ohms Interno)  Amplia gama de comunicaciones HART, GOSHAWK, MODBUS  Precisión electrónica - +/- 0.25% de máximo rango - Bajo coste de instalación.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 46 - Alta potencia y claridad de la señal - Bajo costo por punto. - Programable en modo a prueba de fallos - GSM / CMDA opciones remotas de configuración.  Protección IP67, NEMA 4x Este sensor transmite una señal acústica de alta potencia mediantes pulsos que se refleja en la superficie del líquido que se deberá medir. La señal reflejada es procesada utilizando especialmente software, desarrollado para mejorar o compensar la señal, para que sea correcta y rechazar falsos ecos. Debido a la alta potencia emitida mediante pulsos, las pérdidas tienen un efecto menor en los quipos de ultrasonido. Cuando dichos pulsos son reflejados por un objeto ya sea la superficie, se recibe el eco correspondiente y se transforma en una señal eléctrica. La detección del eco incidente depende de su intensidad y ésta de la distancia entre el objeto y el detector. Los sensores de ultrasonido trabajan midiendo el tiempo de propagación del eco, es decir, el intervalo de tiempo que media entre el impulso emitido y el eco del mismo. Debido al diseño de los sensores, el ultrasonido se emite en forma de cono. Los objetos reflectantes sólo se detectan si se encuentran dentro de dicho cono ultrasónico. Por motivos físicos no es posible evaluar ecos en la zona denominada ciega y situada entre la superficie del sensor y la zona de detección. Los ultrasonidos son antes que nada sonido, exactamente igual que los que oímos normalmente, solo que tienen una frecuencia mayor que la máxima audible por el oído humano. Ésta comienza desde unos 16 Hz y tiene un límite superior de aproximadamente 20 KHz, mientras que nosotros vamos a utilizar sonido con una frecuencia de 40 KHz, a este tipo de sonidos lo llamamos Ultrasonidos. El funcionamiento básico de los ultrasonidos como medidores de distancia se muestra de una manera muy clara en el siguiente esquema, donde se tiene un receptor que emite un pulso de ultrasonido que rebota sobre un determinado objeto y la reflexión de ese pulso es detectada por un receptor de ultrasonidos:
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 47 Fig. 22: Medidor de nivel por ultrasonido 2.1.2. Densímetro Radiactivo Marca : Thermo Fisher Modelo : Density Pro+ Cantidad : 2 Características:  Potencia de Entrada En DC 24 VDC (20-28 V), 12 W estándar 12 VDC (9-15 V), 15 W opcional  Potencia de Entrada En Ac 110/220 VAC (100-240 V), 50/60 Hz, 25 VA opcional  Salida de Corriente 3.8-20.5 mA DC (rango ajustable)  Comunicación Serial RS-232: Un bloque de terminales RS-485: Un bloque de terminales Comunicación Full dúplex con control remoto terminal o un PC. Línea de comunicación Hall dúplex para ordenador host o terminal de mano.  Comunicación Protocolo HART con apoyo de la corriente de salida de 4-20 mA  Flujo de Entrada Entrada de corriente de 4-20 mA  Protección Nema 4, 4x, IP 65, 66
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 48 El densímetro DensityPRO tiene un sistema de rayos gamma de Densidad se ha diseñado para ofrecer fiabilidad, exactitud de las mediciones de la densidad de material para una amplia variedad de aplicaciones exigentes. El calibrador se monta fuera del proceso y nunca en contacto con el proceso o el material. El indicador permite medir la densidad de casi cualquier líquido, purines, pulpa o solución. El calibrador puede convertir la base de medición de la densidad en una variedad de la producción en su caso las mediciones para aplicaciones específicas, por ejemplo, la densidad o contenido de sólidos por unidad de volumen. Dada una temperatura de entrada, el indicador puede compensar la densidad medida relativa a un usuario la temperatura de referencia especificada. Si un flujo de entrada es siempre constante, el indicador de flujo de masa lo puede calcular. Los menús de configuración indican a través del proceso de configuración para ayudar a evaluar rápidamente la configuración. Las partes principales del equipo son, una fuente, un detector, y un transmisor. La fuente y detector están montados a ambos lados de la tubería o buque que contiene el proceso material. El transmisor contiene el microprocesador (CPU) y la junta de entrada / salida (I / 0), las juntas se puede montar a cierta distancia del detector en un lugar más conveniente para el usuario. La fuente de radioisótopos emite radiación gamma que pasa por el material. El detector mide la energía de la radiación después de pasar a través del material. El indicador determina la densidad del proceso de materiales mediante la medición de la atenuación (reducción de energía) del haz de rayos gamma al pasar por el material. Fig. 23: Densímetro Radiactivo
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 49 2.1.3. Medidor de pH Marca : YOKOGAWA Modelo : PH202G Cantidad : 2 Características:  Performance: Las especificaciones se expresan con sensor. - Repetibilidad: 0,05 pH - Tiempo de respuesta: 10 segundos (90% de respuesta, utilizando el pH sensor y la solución tampón igualado para ambos 20°C, con la agitación adecuada.) - Precisión: pH +/- 0,1 (utilizando PH8EFP o PH8EHP)  Temperatura Ambiente de Servicio - 10 a + 55°C  Especificaciones Estándares Precisión: 60,2% de Span Transmisor de tensión de alimentación: 26,5 +/- 1,5 V DC Corriente máxima del consumo de energía 24 VCC: aprox. 200mA 100V AC: aprox. 7VA 220V AC: aprox. 11VA  Resistencia de Aislamiento Entre terminales de E/S y la clavija de tierra: de 100 MΩ / 500 V DC Fuente de alimentación entre las patillas y la clavija de tierra: 100 MΩ / 500 V CC  Especificaciones de Funcionamiento Temperatura ambiente: 0 a 50 °C Humedad ambiente: 5 a 90% RH (sin condensación) Fuente de alimentación: de doble uso de AC / DC
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 50 100V: DC de 20 a 130 V, sin polaridad AC de 80 a 138 V, 47 a 63 Hz 220V: CC 120 a 340 V, no polaridad AC 138 a 264 V, 47 a 63 Hz  Especificaciones Eléctricas Fuente de alimentación: No requiere alimentación externa. Sistema de alimentación a través de RS232 Ordenador: RS-232-C DB-9 macho - Medición universal de pH / ORP. - Entrada de alta impedancia para electrodos de referencia. - Control de sensores en línea. - Proceso de compensación de temperatura. - Amplificador diferencial de entrada. - Fácil de usar con un panel de control. - Contraseña de protección para todos los niveles de software. - Rangos aceptables de precisión.  Protección Nema 4, 4x, IP 65 En el proceso de repulpado y cianuración el ingreso de cal permite la generación del grado de acides o de alcalinidad en donde nos permite medir el pH en ciertos rangos permitidos que necesita el proceso. Normalmente podemos medir el pH bien usando papeles indicadores del pH o bien mediante un pH-metro, dependiendo del nivel de precisión requerido. Los papeles o indicadores del pH cambian de color según la acidez o alcalinidad. Estos pueden usarse como guía aproximada del nivel de pH, pero pueden verse limitados en su precisión o incluso ser difícilmente interpretables cuando se trabaja con muestras coloreadas, turbias, pulpas, etc. De tal manera que no es recomendable para estos tipos de procesos, entonces para una mayor precisión se recomienda el uso de un pH-metro de alta impedancia, junto con un electrodo de medida del pH y un electrodo de referencia. Cada componente del sistema de medida puede describirse como sigue:
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 51 a) El pH-metro es un gran amplificador de la impedancia usado para medir con precisión los pequeños voltajes producidos por el electrodo. El pH- metro muestra los resultados directamente en unidades de pH mediante una pantalla digital. El voltaje puede leerse también para aplicaciones especiales, tales como medidas ORP (Oxidación-Reducción Potencial) que también este equipo tiene dicha opción. b) Electrodo de pH es un bulbo de vidrio sensible al ión de hidrógeno, con una salida en el rango de los milivoltios que varía con los cambios en la concentración relativa de ión hidrógeno dentro o fuera del bulbo. El electrodo de pH tiene una resistencia interna muy alta, que hace que los cambios de voltaje con el pH sean difíciles de medir. La impedancia de entrada del pH-metro y las resistencias residuales son por tanto factores importantes. c) El electrodo de referencia son celdas que se componen de un elemento interno, normalmente de cable de plata o cloruro de plata, un electrolito (KCl) y un líquido de contacto y produce un voltaje estable y reproducible cuando se sumerge en la solución. El líquido de contacto proporciona un camino de escape para que el electrolito interno interfiera en la cámara de la muestra y proporcione un contacto eléctrico con el líquido o pulpa que se va a medir, cuando los dos electrodos están en contacto con un medidor de pH la diferencia de voltaje se amplifica y se visualiza, si el líquido de contacto es ineficiente entonces la medida será poco precisa. Es frecuente que el electrodo de referencia se incorpore en el electrodo de pH, es entonces cuando se habla de electrodo combinado. El voltaje desarrollado por cada electrodo de pH individual en presencia de una concentración conocida de ión hidrógeno es teóricamente predecible, pero en la práctica cabe esperar desviaciones del valor teórico, éstas desviaciones pueden cambiar lentamente durante la vida de un electrodo.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 52 Fig. 24: Medidor de pH 2.1.4. Medidor de Oxigeno Disuelto Marca : YOKOGAWA Modelo : DO402G Cantidad : 1 Características:  Rangos de entrada OD: 0 - 50 mg/l (ppm) Temperatura: 0 - 50 º C (32 - 122 º F)  Transmisión de señales Dos salidas aisladas de 0/4-20 mA DC con común negativo. Carga máxima 600 Ω.  Compensación de temperatura (0-50 º C) Tipos de sensores: Pt100, Pt1000, Pb36 NTC, NTC 22k Temperatura de indemnización automática o manual  Comunicación comunicación bidireccional bajo el estándar EIA-485 utilizando protocolo HART.  Alimentación 230 VAC ± 15%, 50/60 Hz, consumo máximo 10 VA. 115 VAC ± 15%, 50/60 Hz, consumo máximo 10 VA. 100 VAC ± 15%, 50/60 Hz, consumo máximo 10 VA. 24 VDC -20% / +30%, consumo máximo de 10 watts
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 53  Tiempo de respuesta 0 - 90%: 10 s  Temperatura ambiente de operación -10 A + 55°C (10 a 131 º F)  Humedad 10 90% de humedad relativa sin condensación  Protección de datos Memoria no volátil para la configuración y para la navegación diaria, batería de litio para reloj de apoyo.  Protección Nema 4, 4x, IP65 Este equipo es de utilidad para el ingreso de oxigeno, su construcción está basado en el modelo de Clark, el sistema consiste en una célula de dos electrodos, una membrana permeable al oxigeno y un electrolito, los electrodos de un ánodo de plata y un cátodo de material noble por lo general de platino , un electrolito contiene KCl, debe de unir el ánodo y el cátodo, el oxigeno se difunde a través de la membrana permeable hacia el interior del electrodo donde se producen reacciones químicas que generan una corriente que es la base de la medida y mediante una etapa de electrónica finalmente visualiza el dato. Existen dos tipos de sensores, galvánicos que la propia célula genera un voltaje suficiente para efectuar la medida y los polarograficos al que debe aplicarse un voltaje para efectuar la medida. Pero los sensores polarograficos llevan ventaja sobre los sensores galvánicos como: - Posibilidad de seleccionar un voltaje de polarización optimo evitando posibles interferencias. - Evitan contaminaciones del ánodo mientras el sensor no está en funcionamiento. - Requiere un menor flujo de muestras para tener lecturas estables pueden trabajar durante largos periodos de tiempo, debido al pequeño tamaño de su cátodo con variaciones mínimas en la lectura (bajo ruido).
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 54 - La mayor rapidez de respuesta del electrodo polarograficos posibilita utilizar membranas de mayor grosor y por tanto mucho mas robustas y duraderas. - En conclusión los sensores polarograficos solo son activos, por definición, cuando están polarizados. Son sensores de larga duración y de gran estabilidad de tiempo. Fig. 25: Medidor de Oxigeno Disuelto 2.1.5. Medidor de Flujo Marca : YOKOGAWA Modelo : DY Cantidad : 2 Características:  Función SSP (procesamiento espectral de señales) Auto Diagnostico  Alta precisión ± 0,75% de la lectura (líquido) ± 0,5% de la lectura (Exactitud típica / no garantizada) ± 1% de la lectura (de gas, vapor)
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 55  Señales de Salida La comunicación digital de señal es compatible con el protocolo Foundation Fieldbus  Tensión y Corriente de Alimentación 9 a 32 VDC para fines generales 9 a 24 VDC para el tipo de seguridad intrínseca (Entidad modelo) 9 a 17,5 VDC para el tipo de seguridad intrínseca (modelo FISCO) Suministro de corriente: 11 mA (máximo)  Rango de Temperatura Alta temperatura hasta 450 °C Mínima temperatura -196 °C  Alarma de Salida (switch de flujo) Una señal de salida en caso alarma Longitud de cable a una distancia máxima de 30m  Comunicación Foundation Fieldbus y protocolo Hart  Protección JIS / FM / CENELEC ATEX / CSA / SAA El flujómetro de efecto Vortex consta básicamente de un obstáculo en su interior llamado (shedder) que se opone al avance del fluido generando así los vórtices (flujo turbulento), ahora para medir la frecuencia de desprendimiento de los vórtices se necesita de un sensor y mediante una electrónica convierte esta frecuencia en una señal que puede ser visualizada en un display local o ser transmitida. El caudal de un flujómetro Vortex es calculada de la sgte manera: Q = k * f f = St * v/d Donde: f = frecuencia de desprendimiento de vórtices St = número de strouhal v = velocidad de fluido d = lado de obstáculo k = constante
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 56 El número de strouhal es la relación entre (L), el intervalo de vértices y (d) lado más ancho del obstáculo (shedder) Fig. 26: Principio de Operación de Flujometro de Efecto Vortex Este método de medir la frecuencia de desprendimiento de los vórtices eliminan los clásicos problemas de obstrucción de vías, fallas mecánicas en las partes móviles y baja inmunidad a la vibración, restricción sobre la calidad del fluido, etc. El flujometro Vortex utiliza dos sensores piezoeléctricos que no entran en contacto con el fluido, estos sensores forman una sola unidad con el obstáculo (shedder) que se encuentra en su parte superior, la generación de los vórtices implica cambios de presión; estos cambios de presión generan momentos en el obstáculo(shedder), estos momentos generan comprensión y tracción en la sección transversal(shedder), éstas tensiones son detectadas por los elementos piezoeléctricos y convertidos en la señal eléctrica para luego ser transmitida a la electrónica donde se amplifica, filtra, regula y se calcula para obtener finalmente la señal de flujo o caudal volumétrico. Fig. 27: Medidor de Flujo
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 57 2.1.6. Válvula Pinch Neumática Marca : RED VALVE Modelo : TIPO A Cantidad : 2 Características:  Compuesto de fundición de hierro con aleación de aluminio.  El cuerpo actúa como actuador integrado.  Solo el tubo flexible se encuentra en contacto con el medio.  Versatilidad del tubo flexible para diversos requerimientos de flujos.  Diseño simple que no es afectado por ambiente externo.  La obstrucción es casi imposible porque no hay grietas, hendiduras o fisuras y la acción de flexión permite la acción de auto limpieza.  El impulso de la válvula se lleva a cabo con presión neumática o hidráulica sobre el tubo flexible.  Generalmente para trabajar a bajas presiones.  Idóneas en servicios de líquidos, lodos, partículas sólidas en suspensión, etc. Evita el contacto con los mecanismos de la válvula y cualquier tipo contaminación hacia o desde el exterior.  Evita problemas de sedimentación.  Protección: Nema 4x, IP65 Las válvulas pinch tienen la forma más simple y consecuentemente de menor costo de válvulas tipo diafragma de tubo, para aplicaciones industriales operan como resultado de la aplicación de presión neumática en la cámara que envuelve el diafragma tubular. Aplicándose la presión, la parte central del tubo cede por igual, provocando el cierre del mismo de forma lineal y en el plano vertical de la línea de centro de la válvula, que es la única manera de cerrar que asegura un sellado perfecto para lodos, líquidos y gases. A medida que se reduce la presión que actúa sobre el diafragma tubular, la elasticidad propia del diafragma abre la válvula hasta la configuración circular, correspondiente a su diámetro nominal. Las válvulas pinch, aunque están especificadas para un servicio “on-off”, pueden operar como elementos de control de flujo, variándose la presión de alimentación mediante un reductor de presión o automatizándose el sistema por medio de un
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 58 amplificador de señal (booster relay) que actúa con una señal enviada por un transmisor, ampliándolo y accionando la válvula. La válvula tipo pinch encuentra amplia aplicación prácticamente en cualquier campo industrial, particularmente en sistemas en que particulares características del fluido transportado como son pulpa de minerales, polvos en suspensión en gases, también encuentran su aplicación en el manejo de líquidos con abrasivos en suspensión, pulpas de celulosa, pulpas de frutas, conservas, desagües industriales y sanitarios, en el manejo de polvos secos, etc. Debido a su bajo costo comparado al de las válvulas automatizadas comunes, atienden con ventaja los tipos de trabajo efectuados por éstas últimas. Fig. 28: Válvula Pinch Neumática 2.1.7. Válvula de Control Electroneumatica Marca : TRIAC CONTROL Modelo : F90-F1-250/2R5D Cantidad : 2 Características:  Dimensión 2 ½”  Cuerpo de acero inoxidable  Válvula tipo bola  Posicionador electro neumático  Salida de 4 – 20 mA  Comunicación con protocolo Hart  Tipo Bi - direccional
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 59  Presión de entrada 60psi  Presiones de trabajo  Protección Nema 4, 4x Este instrumento, es de respuesta lineal para regular de acuerdo a la señal de control neumática el movimiento de la válvula de bola, trabaja con una señal de salida de 4 – 20 mA, es de simple manipulación y puesta en marcha, un instrumento estará instalado en la etapa de cianuración en el tanque de Cianuración # 1y otro en la etapa de repulado, en el holding tank cada uno controlados por el pH-metro. Fig. 29: Válvula Neumática Proporcional 2.1.8. Válvula Neumática Tipo Cuchilla Marca : RED VALVE Modelo : FLEXGATE Cantidad : 2 Características:  Ideal para líquidos abrasivos, pulpas, etc.  Cartucho reemplazable de goma o empaquetadura  Puerta o cuchilla de acero inoxidable  Tipo Bi-direccional  Cuerpo de hierro fundido  Puerta cuchilla bajo la norma ASTM A240 T-316
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 60  Presiones de trabajo  Protección: Nema 4, 4x Tabla. 1: Presión de trabajo de válvula de control neumática El pistón neumático trabaja en compañía de una electroválvula neumática, se componen del conjunto servomotor y que viene hacer de dos posiciones y tres vías normalmente cerrado. Permitiendo el abre y cierre (on / off) del pistón neumático doble efecto, este equipo es el adecuado como para la automatización de este tipo de proceso como es el retratamiento del relave el actuador o pistón puede trabajar en un rango de temperatura de -90°F a 225°F y pueden soportar presiones de trabajo máximo hasta 150 psi, el pistón en el interior están pulidos e impregnadas de disulfuro de molibdeno para reducir la fricción y el desgaste, el vástago está protegido por una varilla limpiadora que impide que la suciedad ingrese al pistón. El pistón neumático de doble efecto por lo general tiene el objetivo de equilibrar las reacciones de la corriente del fluido y disminuir el esfuerzo necesario para mover la puerta cuchilla u obturador. Para el accionamiento de estos pistones se precisa poseer una fuente auxiliar de aire comprimido, pueden ser dirigidas desde cualquier distancia y actuadas por distintos instrumentos: termostatos, preostatos, termómetros, manómetros, reguladores de nivel, densímetros, interruptores, etc. Para nuestro caso el accionamiento se realiza mediante un densímetro. Los elementos de control actúan directamente sobre la válvula electromagnética que permite la entrada del aire comprimido a la válvula de control o pistón.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 61 Fig. 30: Válvula Neumática Tipo Cuchilla 2.1.9. Electroválvulas Marca : BRAY CONTROLS Modelo : Serie 63 Cantidad : 4 Características:  Material de construcción Parte principal: Aluminio anodinado. Resorte: Tratamiento de fosfato de acero negro Bobina: Cobre. Tubería central: latón/inoxidable.  Válvula 3 vías y 2 posiciones NC – 1/4” Sistema monoestable con retorno por resorte  Flujo 30 scfm (estándar de pies cúbicos por minuto)  Protección: Nema 4, 4x, 7, 9, IP 65 Una electroválvula es un dispositivo diseñado para controlar el flujo a través de un conducto como puede ser una tubería. Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 62 en energía mecánica para actuar la válvula. Existen varios tipos de electroválvulas. En algunas electroválvulas el solenoide actúa directamente sobre la válvula proporcionando toda la energía necesaria para su movimiento. Es común que la válvula se mantenga cerrada por la acción de un muelle y que el solenoide la abra venciendo la fuerza del muelle. Esto quiere decir que el solenoide debe estar activado y consumiendo energía mientras la válvula deba estar abierta. También es posible el uso de electroválvulas biestables que usan un solenoide para abrir la válvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide que abre con un impulso y cierra con el siguiente. Las electroválvulas pueden ser cerradas en reposo o normalmente cerradas lo cual quiere decir que cuando falla la alimentación eléctrica quedan cerradas o bien pueden ser del tipo abiertas en reposo o normalmente abiertas. Fig. 31: Electroválvula ON/OFF 2.1.10. Transductor de Corriente Marca : El Toroide Modelo : RSI Cantidad : 2 Características:  Modos de cableado - Una espira para medición de la corriente del dispositivo Ej.:40 Amp. - Cableado con dos espiras para duplicar la sensibilidad del transductor. Ej.:20 Amp. con un sensor de 40 Amp.  Diámetro de la abertura: 12 mm  Terminales de salida: Cables, Bornera, pines  Terminación: Encapsulado en resina poliéster
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 63  Monitoreo en operación de motores  Detecta elementos calefactores abiertos.  Medición aislada de línea.  Indica pérdida de fase.  Entrada al sistema de control eléctrico  Monitoreo remoto de cargas eléctricas  Fácil montaje  Protección: Nema 4x, IP 65 Los modelos RSI son transductores de corriente alterna con el transformador de medición incorporado. El uso de transformadores de corriente de alta relación (1:1000), resulta en una corriente secundaria reducida y como consecuencia, el producto puede resolverse en un pequeño volumen. El diseño electrónico utiliza componentes de última generación, otorgando una elevada estabilidad de funcionamiento y gran exactitud en la medición del verdadero valor eficaz (RMS) de la corriente. Éste último es de importancia en aquellos casos donde la corriente no responde a una onda senoidal, como ocurre en sistema de control de potencia basado en la modificación del ángulo de conducción. Al ser de peso y volumen muy reducido, el dispositivo puede adaptarse directamente sobre el conductor eléctrico. Los sensores RSI convierten la intensidad de corriente a una corriente continua de 4 a 20mA. El cableado se realiza usando dos conductores y la alimentación para la electrónica se toma desde el lazo de medición. En el estándar 4 - 20 mA, una corriente de 4 mA corresponde al cero de la medición y 20 mA al valor de plena escala del dispositivo. Un valor cero de la corriente permite detectar la interrupción del lazo de medición. Fig. 32: Transductor De Corriente
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 64 2.1.11. Variadores de Velocidad Marca : SIEMENS Modelo : MICROMASTER 440 Cantidad : 30 (variables) Características:  Fácil de instalar, parametrizar y poner en servicio  Diseñado para motores monofásicos y trifásicos.  Tiempo de respuesta a señales de mando rápido y repetible  Configuración particularmente flexible gracias a la estructura modular.  Amplio número de parámetro que permite la configuración de una gama extensa de aplicaciones.  Conexión sencilla de cables  2 salidas analógicas parametrizables (0 – 4 mA a 20 mA).  Protección para motor y convertidor.  Protección de sobretensión/mínima tensión.  Protección de sobretemperatura para el convertidor.  Protección de defecto a tierra  Protección de cortocircuito.  Regulación de procesos Regulador PID interno (autotuning)  Tipos de regulación Control vectorial, FCC (regulación de flujo-corriente) para una mejora de la respuesta dinámica y control del motor.  Evaluación de la temperatura del motor para protección integrada del motor.  Minimiza el consumo de energía y maximiza el factor de potencia del motor.  Maximiza la eficiencia del motor controlando la corriente de magnetización, reduce el ruido acústico, simplifica el arranque y ahorro adicional de energía. El variador MICROMASTER 440 se puede usar en numerosas aplicaciones de accionamiento con velocidades variables. Su flexibilidad permite utilizarlo para una amplia gama de aplicaciones. Este extenso campo de aplicación incluye la función de bombas, agitadores, máquinas de la industria de elaboración de alimentos y bebidas, máquinas empaquetadoras, etc. Es decir, aplicaciones en
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 65 las que se requiere una funcionalidad y una dinámica superiores a lo normal. Este convertidor se caracteriza particularmente por su funcionalidad adaptada a los deseos del cliente y su gran facilidad de aplicación. El gran margen de la tensión de alimentación de la red permite aplicarlo en todo el mundo. La selección del tipo de variador MICROMASTER 440 de SIEMENS permite controlar los siguientes motores según sus características, utilizados en el proceso de retratamiento del relave:
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 66 SELECCIÓN DEL VARIADOR SEGÚN LAS CARACTERISTICAS DE LOS MOTORES N Características De Motores Cantidades Tipo De Variador 1 Motores de bomba de agua: HP: 2 KW: 1.5 Amp (placa): 3 Amp (consumo): 2.6 V: 440 RPM: 1500, 60HZ 3 Micromaster 440 - CT HP: 5 KW: 4 V(AC): 380 to 480 A(IN): 11.6 A(OUT): 10.2 2 Motores de zarandas, lavador, faja alimentadora: HP: 3 KW: 2.2 Amp (placa): 3.1 Amp (consumo): 2.8 V: 440 RPM: 1500, 60HZ 5 Micromaster 440 - CT HP: 7.5 KW: 5.5 V(AC): 380 to 480 A(IN): 15.6 A(OUT): 13.2 3 Motores de bomba tamiz: HP: 5 KW: 4 Amp (placa): 6.8 Amp (consumo): 5.5 V: 440 RPM: 1750, 60HZ 6 Micromaster 440 - CT HP: 15 KW: 11 V(AC): 380 to 480 A(IN): 32.3 A(OUT): 26 4 Motores de bomba de transferencia de carbón: HP: 30 KW: 22 Amp (placa): 36.75 Amp (consumo): 15 V: 380/480 RPM: 1470, 60HZ 6 Micromaster 440 - CT HP: 50 KW: 37 V(AC): 380 to 480 A(IN): 95.0 A(OUT): 75
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 67 5 Motores de agitación: HP: 40 KW: 30 A (placa): 85,2 A (consumo): 60 V: 380/480 RPM: 3450, 60HZ 7 Micromaster 440 - CT HP: 60 KW: 45 V(AC): 380 to 480 A(IN): 122.0 A(OUT): 90 6 Motores de bomba para descarga del espesador, holding tank y transferencia de pulpa del proceso de repulpado al de cianuración : HP: 60 KW: 45 Amp (placa): 73.80 Amp (consumo): 45.00 V: 380/480 RPM: 3600, 60HZ 3 Micromaster 440 - CT HP: 100 KW: 75 V(AC): 380 to 480 A(IN): 188.0 A(OUT): 145 Tabla. 2: Selección de Variadores de Velocidad La serie MICROMASTER 440 es una gama de convertidores de frecuencias (también denominados variadores) para modificar la velocidad de los motores trifásicos. Los distintos modelos disponibles abarcan una variedad de rangos de potencia. Los convertidores están controlados por microprocesadores y utilizan tecnología IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) de última generación. Estos los hace fiables y versátiles. Un método especial de modulación por anchos de impulsos con frecuencia de pulsación seleccionable, permite un funcionamiento silencioso del motor.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 68 Fig. 33: Instalación típica del variador de velocidad con un motor trifásico Estos dispositivos entregan voltaje y frecuencia variable conforme a la necesidad del motor y la carga conectada. Para tal efecto, toma la alimentación eléctrica de la red, la cual tiene voltaje y frecuencia fija, la transforma en un voltaje continuo (Rectificador más Filtro) y luego lo transforma en voltaje alterno trifásico de magnitud y frecuencia variable por medio de un Inversor del equipo. La forma de onda del voltaje de salida no es una sinusoide perfecta, toda vez que entregan una señal de pulso modulada a partir de una frecuencia de conmutación alta. En todo caso con los equipos actuales, donde podemos encontrar frecuencias de conmutación del orden de los 50 KHz, los contenidos de armónicos son bastante bajos, por lo que agregando filtros pasivos cumplen las exigencias normativas impuestas por muchos fabricantes. La relación frecuencia voltaje es configurada por el usuario según la aplicación, siendo las más usuales una relación lineal, el cual produce un torque constante en todo el rango de velocidad. En definitiva, conforme a la consigna de frecuencia que se le otorgue al equipo, la cual puede ser un comando en el mismo equipo o una señal externa, se entregará al motor un voltaje de magnitud según la relación V/F configurada y de frecuencia conforme a la consigna, por lo que el motor gire a una velocidad proporcional a la frecuencia.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 69 Fig. 34: Variadores de Velocidad Micromaster 440 2.2. Selección de Equipo de Control 2.2.1. PLC QUANTUM 140CPU534-14 El PLC principal que se utilizara es el QUANTUM 140CPU534-14 perteneciente a la marca Schneider Electric, a continuación se describe en una tabla las características: Constituido por los siguientes módulos: 1) CPS-114-x0 Modulo Power Supply 2) CPU-534-14 Modulo Unidad de Procesamiento 3) CRP-93X-00 Modulo de Comunicaciones Ethernet 4) NOE-771-01 Modulo de Comunicaciones Ethernet 5) ACI-040-00 Modulo de Entradas Analógicas (8) 6) ACI-040-00 Modulo de Entradas Analógicas (8) 7) ACI-040-00 Modulo de Entradas Analógicas (8) 8) AC0-130-00 Modulo de Salidas Analógicas (8) 9) AC0-130-00 Modulo de Salidas Analógicas (8) 10) DI-353-10 Modulo de Entradas Discretas (32) 11) DI-353-10 Modulo de Entradas Discretas (32) 12) DI-353-10 Modulo de Entradas Discretas (32) 13) DI-353-10 Modulo de Entradas Discretas (32) 14) D0-353-10 Modulo de Salidas Discretas (32) 15) D0-353-10 Modulo de Salidas Discretas (32)
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 70 CARACTERISTICAS PLC Modelo QUANTUM 140CPU534-14 Alimentación 220 VAC Coprocesador Math SI Velocidad del reloj 66 MHz Lógica de aplicación/Capacidad de referencia Programa IEC máximo (Concept/ProWorx) 2,5 M Aplicación IEC sin PCMCIA (Unity) 2,7 m Programa y datos sin asignar (mín.) 256 k Datos asignados y configuración (máx.) 64 k 984 Ladder Logic (no disponible para Unity) 64 k Discreta Registro Unity 64 k Concept/ProWORX 57 k E/S locales Cantidad máxima de palabras de E/S : - Unity 64 de entrada y 64 de salida/módulo - Concept/ProWORX 64 de entrada y 64 de salida/estación Número máximo de bastidores de E/S 2 (necesita un extensor) E/S remotas Cantidad máxima de palabras de E/S por estación 64 de entrada y 64 de salida Número máximo de estaciones remotas 31 Número de redes 1 E/S descentralizadas Cantidad máxima de redes por sistema 3 Cantidad máxima de palabras por red 500 de entrada y 500 de salida Cantidad máxima de palabras por nodo 30 de entrada y 32 de salida Número máximo de interfaces del módulo de red 6 Tiempo de resolución lógica 0,9 - 0,45 ms/k
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 71 Tabla. 3: Características del PLC Quantum 140CPU534-14 Fig. 35: PLC Quantum 140CPU534-14 Batería Tipo 3 V, de litio Vida útil 1.200 mAH Vida en almacén 10 años Corriente de carga, típica 14 mA Corriente de carga, máxima 210 mA Puertos de comunicación Modbus (RS-232) 2 Modbus Plus 1 Software de programación Modsoft, versión 2.6 o superior; Concept, versión 2.1 o superior; ProWORX NxT, versión 2.0 o superior; ProWORX Plus, versión 1.05 o superior; ProWORX 32, versión 1.0 o superior; Unity, versión 1.0 o Superior Corriente de bus requerida 1.250 mA Precisión del reloj TOD +/- 8,0 segundos/día; de 0 a 60 ºC
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 72 2.2.2. PLC Modicon M340 El segundo PLC a utilizar, Modicon M340 de la marca Schneider Electric será de utilidad para completar el diseño en general, a continuación algunas características. Constituidos por los siguientes módulos: 1) CPS-2000 Modulo Power Supply 2) P34-2020 Modulo Unidad de Procesamiento 3) AMI-0410-01 Modulo de Entradas Analógicas (2) 4) DI-1602 Modulo de Entradas Discretas (1) 5) DO-1602 Modulo de Entradas Discretas (1) CARACTERISTICAS PLC Modelo Modicon M340 Alimentación 220 VAC Modulo unidad de procesamiento P34 2020 Funciones Número máximo de Canales Entradas/salidas binarias del bastidor 1024 Entradas/salidas analógicas del bastidor 256 Canales de conteo 36 Canales Ethernet 2 Número de conexiones incorporadas USB 1 Conexión Modbus serie 1 Maestro CANopen - Ethernet 1(incorporado) Reloj de tiempo real que puede guardarse Si Capacidad de memoria de los datos de aplicación que puede guardarse 256 kb Tarea MAST 1
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 73 Estructura de la aplicación Tarea FAST 1 Procesamiento de eventos 64 Velocidad de ejecución del código de aplicación RAM interna 100% booleano 8,1 Kins/ms (1) 65% booleano + 35% digital 6,4 Kins/ms (1) Tiempo de ejecución Una instrucción booleana básica 0,12 μs Una instrucción digital básica 0,17 μs Una instrucción de coma flotante 1,16 μs Módulos de entradas/salidas Modularidad 8 canales 16 canales 32 canales 64 canales Tipo de entradas Módulos con entradas de corriente continua (24 VCC y 48 VCC) Módulos con entradas de corriente alterna (24 VCA, 48 VCA y 120 VCA) Tipo de salidas Módulos con salidas de relé Módulos con salidas estáticas de corriente continua (24 VCC/0,1 A – 0,5 A - 3 A) Módulos con salidas estáticas de corriente alterna (24 VCC/240 VAC/3 A) Tipo de conector Bloque de terminales de 20 pins Conectores de 40 pins que permiten la conexión a sensores y preaccionadores a través del sistema de precableado TELEFAST 2 Tabla. 4: Características del PLC Modicon M340
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 74 Fig. 36: PLC Modicon M340
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 75 CAPITULO V DISEÑO DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN 1. ARQUITECTURA DEL SISTEMA CONTROL La arquitectura del sistema de control para este proyecto está basado en: gabinete #01 con un PLC QUANTUM, constituido por un procesador 534-14, un módulo de energía CPS-114- X0, un módulo de comunicaciones ModBus CRP-93X-00, un módulo de comunicaciones Ethernet NOE-771-01, tres módulos de entradas analógicas de 8 canales cada una ACI-040-00, dos módulos de salidas analógicas de 8 canales cada una ACO-130-00, cuatro módulos de entradas discretas de 8 canales cada una DI-353-10, dos módulos de salidas discretas de 8 canales cada una DO-353-10, este PLC estará ubicado en la sala de centro de control de motores #02. El gabinete #02 con un PLC M340, constituido por un procesador P34-2020, un modulo de energía CPS-2000, dos módulos de entradas analógicas AMI-0410, un módulo de entradas discretas DI-1602, un módulo de salidas discretas DO-1602, este PLC estará ubicado en el centro de control de motores # 05. Estos gabinetes estarán conectados por medio de dos switch industriales, que cuentan con un puerto de fibra óptica el cual conectará éstos, por los puertos RJ45 se conectaran los 2 PLC´s, el HMI que se encuentra ubicado en la cabina del operador en la zona de repulpado y la computadora de control y supervisión que se encuentra en la sala de control, por medio de cable STP. El sistema de control es independiente a los otros procesos en las otras plantas así como la red de control, todos los instrumentos, motores, bombas y equipos relacionados a la nueva planta se conectarán a
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 76 estos dos gabinetes. Los PLC´s a instalar controlarán el arranque y parada de los equipos asociados, así como también los lazos analógicos, los cuales obedecen a referencias o setpoint´s suministrados, ya sea por operarios o proveniente de cálculos internos. Otras labores son detectar alarmas y comunicarlas al operador, arrancar y/o detener automáticamente dispositivos en base a señales de proceso, es decir controles y enclavamientos, Los PLC´s son de la marca Schneider así como el HMI y los Switch, la PC de supervisión es de la marca HP.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 77 Fig . 3 7: Ar qu ite ctu ra de S ist em a D e C on tro l
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 78 2. FILOSOFÍA DE CONTROL En el presente proyecto, se requiere automatizar la planta de retratamiento de relaves, el cual proviene de sus pasadas actividades mineras y que se estuvo incrementando con el pasar de los años con una ley provechosa para poder procesarla, los planes para esta nueva planta es procesar este relave seco pero también en un futuro se pueda procesar mineral de nuevas minas, claro que también se tendrá que implementar una planta de chancado y molienda. El propósito de esta planta, es aumentar la producción de oro en la unidad minera Orcopampa, utilizando en una primera etapa el relave seco de las relaveras #02, #03 y #04, así como muestra la Fig. 38. La implementación de un sistema de control automatizado, aumentaría la eficiencia en el proceso de producción de oro mediante de esta nueva planta por las mismas virtudes de la automatización. El presente proyecto se refiere concretamente en automatizar dos etapas en este proceso de producción de oro como son las etapas de repulpado y cianuración. La etapa de repulpado consiste en reutilizar el agua de proceso mediante un espesador y enviar un concentrado de pulpa de relave a una determinada densidad hacia un acondicionador de pH, luego pasa a la siguiente etapa de cianuración la cual consiste en seis tanques en donde se va a separar el oro de la pulpa con ciertas condiciones de proceso, luego pasara a la siguiente planta de Merrill crowe. Transporte de Relaves Un camión se encarga de entrega el relave seco a una tolva de 40 Tn. de capacidad (el relave seco es traído desde las relaveras #02, #03 y #04 así como muestra la Fig .38, este relave seco es transferido a través de una faja transportadora hacia un cilindro lavador en el cual se mezclara con agua de proceso, para luego ser enviada a un espesador de 80 x 15, de esta manera poder reutilizar el agua de proceso así como enviar pulpa hacia un holding tank.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 79 Fig. 38: Relaveras Suministro de Cal El suministro de cal para la pulpa, se hará utilizando camiones-cisterna, que transportarán la cal en forma de lechada de cal, para luego descargarla en un tanque de almacenamiento, luego será transferida mediante dos bombas de distribución hacia el holding tank y hacia los tanques de cianuración. El tanque está equipado con un sensor de nivel ultrasónico, el sensor genera alarmas de nivel de bajo para apagar las bombas de transferencia en caso el nivel de la lechada de cal se haya reducido por debajo de su límite inferior en los tanques. El pozo sumidero recolecta todos los derrames que puedan suceder en el área de recepción de cal, el producto recopilado en este pozo será re-bombeado hacia el tanque de almacenamiento de lechada de cal, esta bomba está controlada por un interruptor de nivel alto-bajo. Preparación del Floculante El floculante será preparado de manera estándar como se hacen en otras unidades, cada sistema de preparación cuenta con un tanque de preparación del floculante de 20 m² , a una concentración de 0.5%, para lo cual se empleará agua como disolvente, una vez preparado a esta concentración, es bombeado a un tanque de dosificación de 20 m², donde se distribuirá a los puntos que lo requieran, el tanque de almacenamiento de floculante será equipado con un sensor de nivel ultrasónico el cual a través de un controlador alarmas de nivel alto y bajo
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 80 para el control de la bomba dosificadora y la apertura o cierre de la línea de la alimentación proveniente del tanque de mezcla de floculante. Un pozo sumidero recolectará los derrames en el área, ésta solución será nuevamente transferida al tanque de mezcla de floculante mediante la bomba de sumidero, la bomba será controlada por un interruptor de nivel bajo- alto. 2.1. Control Discreto En éste ítem se describe la estrategia requerida para realizar el control del proceso. Las estrategias de control desarrolladas aquí son consistentes con la filosofía de control usado en proyectos anteriores para la unidad minera Orcopampa. Las Selecciones Manual/Automático, Local/Remoto y otras secuencias comunes usadas en operaciones son similares de lo que está en uso en la actualidad. 2.2. Selección Automático/Manual (Via PLC) La selección AUTO es usada cuando se desea arrancar y detener un equipo de manera automática por decisión del sistema de control sin intervención del operador. Un ejemplo típico sería la operación automática de una bomba sumergible la cual en base a las señales de los interruptores de nivel alto-bajo, el sistema de control decide pararla o arrancarla. La selección MANUAL entrega control total al operador. El equipamiento responde a señales de comando provenientes de las botoneras locales o el panel local de operación. Las protecciones eléctricas están siempre habilitadas independiente de la posición del selector AUTO/MAN. Los enclavamientos de proceso son deshabilitados en modo MANUAL. En el caso que el dispositivo no posea selección AUTO/MAN los enclavamientos de proceso están siempre habilitados. Cabe mencionar que el modo LOCAL/REMOTO, cuya selección se realiza mediante un selector ubicado en el cubículo de cada equipo en el centro de control de motores, tiene mayor prioridad sobre la selección AUTO/MAN, la cual se realiza en la PC de control, esto quiere decir que si se requiere someter el equipo a mantenimiento, éste debe ser puesto en modo LOCAL, quedado inhibida automáticamente de la selección AUTO/MAN en panel de control remoto, y el equipo es controlado absolutamente desde las botoneras locales en campo, impidiendo de esta forma las partidas/paradas indeseadas durante el servicio. Cabe señalar que, debido a la funcionalidad de algunos equipos, éstos poseen
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 81 selectores locales indicados como AUTO/MAN (en lugar de LOCAL/REMOTO), ya que sólo son operados normalmente en forma REMOTA (automática), o LOCAL (manual) cuando están en servicio de mantenimiento, es decir, estos equipos no son posibles de operar en modo REMOTO/MANUAL. 2.3. Selección Local/Remoto En operación REMOTO, el equipo puede ser arrancado o detenido remotamente desde el panel de control en el gabinete de PLC. En operación LOCAL, el quipo puede ser arrancado o apagado desde una botonera local ubicada en campo preferentemente cercana al equipo a comandar. Todos los equipos que son controlados a través de PLC tienen la posibilidad de selección LOCAL/REMOTO, pudiendo ser controlados tanto localmente desde botoneras de campo, como remotamente desde la PC de control. La filosofía de control para estos equipos es: Equipo que lo permita es comandado remotamente o localmente dependiendo de la posición de su selector LOCAL/REMOTO ubicado en el arrancador del centro de control de motores. En modo LOCAL, botones, pulsadores de campo Arranque/parada puede ser usado para operar el equipo especificado. En modo REMOTO, las botoneras pulsadores de campo son deshabilitados, pero por razones de seguridad, la orden de campo PARAR siempre está disponible, donde sea. El cambio de modo REMOTO a LOCAL, en el selector debe para el equipo. El permisivo y enclavamiento de proceso permanecen deshabilitados en modo LOCAL. El enclavamiento de seguridad o protección del equipamiento permanecen habilitados siempre como son: - Enclavamientos de seguridad o protección. - Enclavamientos de proceso. - Permisivos. La siguiente es una lista de los principales estados que son monitoreados continuamente por el sistema de control: - Motor funcionando. - Motor en modo LOCAL o REMOTO. - Falla de sobrecarga o falla a tierra.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 82 La siguiente es una lista de los principales eventos que son monitoreados continuamente por el sistema de control: - Cierres de enclavamientos de seguridad y protección de equipamiento. - Cierres de enclavamientos de proceso. - Cambio de modo REMOTO a LOCAL. La siguiente e una lista de los principales estados que son monitoreados continuamente por el sistema de control en los variadores de los motores: - Variador funcionando. - Falla variador. Adicionalmente, se programa en el PLC un totalizador de tiempo de funcionamiento para cada uno de los equipos por razones de mantenimiento. 3. DIAGRAMAS DE INSTRUMENTACIÓN En el capítulo I mostramos el esquema de proceso en general del retratamiento del relave, entonces teniendo la selección de los instrumentos de campo y los equipos de control ya seleccionados y mencionados en el capítulo II, también la conexión de tuberías, conexiones eléctricas, el diseño del sistema de arquitectura y un conocimiento de la Normas ANSI/ISA – 5.1-1984, que en función a estas normas nos basaremos para poder realizar la implementación de los diagramas de instrumentación que consta de dos partes que mostraremos a continuación, la primera es el diagrama de instrumentación del proceso de repulpado y el segundo diagrama representa al proceso de cianuración. 3.1. Diagrama de Instrumentación del proceso de Repulpado En esta parte del proceso de repulpado como indica la Fig. 39, se da inicio con la llegada del relave seco hacia la tolva, luego mediante una faja transportadora se lleva el material hacia un lavador que tiene un control de arranque de tipo manual, al igual que la bomba que suministra agua del tanque hacia el lavador, así mismo, la bomba a la salida del tanque espesador, la cual se suministra de agua mediante una bomba de control manual desde la poza de agua. De la poza de agua hacia el tanque de agua hay un lazo de control en donde el variador de velocidad de la bomba de agua dependerá
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 83 del control de nivel en el tanque de agua. El tanque espesador posee su propio tablero de control que principalmente permite el movimiento del agitador y rasquetas que se encuentran en el interior evitando que la pulpa no se precipite del todo ni estancándose, siempre tiene que estar en movimiento, a la salida del tanque espesador un lazo de control de densidad que mediante un rango de valores de densidad permite el control de las válvulas que dan suministro al holding tank. Ahora en el holding tank existen dos lazos de control, uno de ellos es control de pH que permite el ingreso de cal para tener un pH adecuado. Finalmente un control de flujo masa que consta de un densímetro y un flujómetro, ambos mediante una relación controlaran al variador de velocidad de la bomba que sale del holding tank que posteriormente mediante la zaranda se transporta al proceso de cianuración, la mención control manual y la mención de lazo de control en donde se da un control automático, todo esto es vía PLC.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 84 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F G A B C D E F G Buena enturade Minas Compañia U.E.A. Orcopampa DISEÑADO POR:: BR. RENATO BALTA Y BR. CARLOS VASQUEZ VERIFICADO POR: ING. LUIS VARGAS DIAZ. EMPRESA: COMPAÑIA DE MINAS BUENA VENTURA S.A.A TITULO: DIAGRAMA DE INSTRUMENTACION DEL PROCESO DE REPULPADO APROBADO POR: ING. LUIS VARGAS DIAZ. DIBUJADO POR:: BR. RENATO BALTA Y BR. CARLOS VASQUEZ Nº DE PLANO: DWG - 3 HOJA: 1 UBICACION EN INDICE DEL PROYECTO: FIG. 39 - PAG 84 100-MPU-005 LIC CONTROLADOR INDICADOR DE NIVEL CONTROLADOR INDICADOR DE DENSIDAD TRANSMISOR INDICADOR DE FLUJO SENSOR DE FLUJO AIRE AGUA PULPA/CAL SEÑAL NEUMATICA SEÑAL ELECTRICA ENLACE DE DATOS DIC CONTROLADOR INDICADOR DE FLUJOFVC CONTROLADOR INDICADOR DE ANALISISAIC CONTROLADOR INDICADOR DE MASAWIC CONTROLADOR INDICADOR DE VELOCIDADSIC FIT FE SENSOR DE NIVELLE SENSOR DE CORRIENTEIE LEYENDA Nº 1: LEYENDA Nº 2: ZSH ZSL SWITCH DE POSICION ALTO SWITCH DE POSICION BAJO IA ES SUMINISTRO DE AIRE SUMINISTRO ELECTRICO 200-MSC-101 200-MPU-007 200-MMX-001 100-MPU-001 100-MPU-002 100-MPU-003 100-MPU-004 100-MPU-006 TURBINE RAKE PANEL DE CONTROL GGA R CUTOUT ALARM CUTOUT RICE DRIVE RUNNINGRUNINNG RAKE DRIVE HIGH TORKE VELOCIDAD IMPULSOR FALLA VFD IMPULSOR FUNCIONANDO GM M TURBINE RAKE
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 85 3.2. Diagrama de Instrumentación del proceso Cianuración En esta segunda parte la pulpa es transportada mediante la bomba de control manual también vía PLC al igual las mencionadas en adelante, que se encuentra al inicio de la etapa de cianuración hacia el primer tanque de cianuración como indica la Fig. 40, posteriormente desde el segundo tanque hacia el sexto tanque la pulpa será transportada mediante un control manual al igual que las bombas tamiz, en los agitadores también existe un control manual y censado de corriente de trabajo de los motores de los agitadores. Existe un control de pH en el primer tanque permite ingresar la cantidad de cal mediante una válvula, a ésto se le denomina un control automático que también es vía PLC, el control de las zarandas también es de tipo manual.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 86 SUMINISTRO DE AIREIA SUMINISTRO ELECTRICOES ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 0 1 2 3 ~ ZARANDA DE CARBON CARGADO ZARANDA DE CARBON FRESCO ZARANDA DESTRUCCION DE CIANURO 200-MMX-002 200-MMX-003 200-MMX-004 200-MMX-005 200-MMX-006 200-MMX-007 200-MPU-008 200-MPU-009 200-MPU-010 200-MPU-011 200-MPU-012 200-MPU-013 200-MMX-008 200-MMX-009 200-MMX-010 200-MMX-011 200-MMX-012 200-MMX-013 200-MSC-102 200-MSC-103 200-MSC-104 200-MPU-007 ~ ~ ~ ~ ~~ 4 5 6 7 8 9 A B C D E F G A B C D E F G Buena enturade Minas Compañia U.E.A. Orcopampa DISEÑADO POR:: BR. RENATO BALTA Y BR. CARLOS VASQUEZ VERIFICADO POR: ING. LUIS VARGAS DIAZ. EMPRESA: COMPAÑIA DE MINAS BUENA VENTURA S.A.A TITULO: DIAGRAMA DE INSTRUMENTACION DEL PROCESO DE CIANURACION APROBADO POR: ING. LUIS VARGAS DIAZ. DIBUJADO POR:: BR. RENATO BALTA Y BR. CARLOS VASQUEZ Nº DE PLANO: DWG - 4 HOJA: 1 UBICACION EN INDICE DEL PROYECTO: FIG. 40 - PAG 86 TRANSMISOR INDICADOR DE FLUJO SENSOR DE FLUJO AIRE/OXIGENO AGUA PULPA/CAL SEÑAL NEUMATICA SEÑAL ELECTRICA ENLACE DE DATOS CONTROLADOR INDICADOR DE FLUJOFVC CONTROLADOR INDICADOR DE ANALISISAIC CONTROLADOR INDICADOR DE VELOCIDADSIC FIT FE SENSOR DE CORRIENTEIE LEYENDA Nº 1: LEYENDA Nº 2:
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 87 4. SCADA DEL PROYECTO FASTTOOLS es un software de visualización personalizado basado en web usa la escalabilidad de vector grafico (SVG), permite al operador facilidad de navegación, permite dar forma a los símbolos y manipularlos intuitivamente de cualquier manera, habilita una estrategia desplazamiento a cero que da una gran experiencia de uso al cliente localizándolo con un mínimo de esfuerzo. Una de las herramientas importantes es el cambio de configuración sin tener tiempo de parada, esto es importante cuando se requiere ampliar la supervisión y el control, otra herramienta importante es la capacidad para conectarse con otros sistemas, pues la interface abierta está basada en Data Set Service (DSS), que obedece a los estándares de interfaces en la industria como los protocolos: ODBC, OPC y XML. Se puede tener una configuración redundante pues la alta disponibilidad del sistema ofrece un hot - Stand by FASTTOOLS que reduce el tiempo de inactividad. Se pueden exportar archivos de reportes, se puede comportar como un SCADA Server pues tiene la capacidad de intercambiar datos con DCS, PLC, RTU, etc. Tiene un completo kid de herramientas de diagnostico para supervisar diferentes tipos de funciones. Con el editor incluido, bases de datos y parámetros de comunicación pueden ser personalizados para optimizar el rendimiento general del sistema. VIJEO-DESIGNER es un software de creación de proyecto de interfaz máquina humana desarrollado por Schneider Electric. Las aplicaciones de usuario (proyectos HMI creados en Vijeo - Designer) se pueden ejecutar en un gran número de ordenadores y plataformas y de entornos, en función de sus necesidades. Con Vijeo - Designer, puede crear visualizaciones de pantallas avanzadas con gráficos funcionales y animaciones que cumplan todos los requisitos, desde el más simple al más complejo. De igual modo, el enfoque único de Vijeo - Designer respecto al diseño y la implementación de HMI reduce al mínimo los riesgos de las tareas de programación. Desde la creación avanzada de pantallas hasta la utilización de datos, Vijeo - Designer hace que el desarrollo de HMI sea más fácil que nunca, en respuesta a las necesidades reales para el entorno HMI. Las versátiles funciones de animación de Vijeo - Designer facilitan la creación de pantallas. Asimismo, proporciona una amplia gama de componentes multiusos que puede configurar rápidamente y con los que puede trabajar con seguridad en la interfaz gráfica de fácil uso de Vijeo - Designer.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 88 Como se describió en la arquitectura de control existe una PC donde el jefe de guardia podrá supervisar y controlar el proceso, la PC se encuentra en la sala de control, el software de supervisión y control de nombre FAST TOOLS de propiedad de YOKOWAGA, con este software se realiza el monitoreo y control de todos los arranques y paradas de las bombas, motores de los agitadores y zarandas, también veremos el funcionamiento de los lazos de control donde se podrá setear el SP y podrá elegir el control automático/manual como se describe en la filosofía de control, basándonos en la adquisición de datos del proceso de manera remota. A continuación mostraremos el sistema SCADA. Fig. 41a: SCADA del Proceso de Repulpado La primera pantalla de la Fig. 41a, muestra la zona de repulpado, es decir, donde comienza el proceso, se visualiza la tolva de almacenamiento de relave seco (40Tn), la faja transportadora, el cilindro lavador, el espesador, el tanque de agua, la poza de agua, las válvulas y el densímetro para el control de densidad, y las bombas. En esta pantalla por ahora no existe control solo visualización de estados, valores de nivel y densidad. Esta pantalla de manera similar se desarrollo para el HMI ubicado en campo, en la cabina del operador, más adelante se detallara el SCADA para el HMI.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 89 Fig. 41b: SCADA del Proceso de Repulpado En la pantalla de la Fig. 41b, muestra la continuación en el proceso, el relave llega hacia el holding tank en el cual existe un control de nivel, a la descarga existe un control de flujomasa, se muestra también una zaranda basura, un cajón de descarga y las bombas, todas las bombas mostradas son controladas y monitoreadas, recordemos que todos estos elementos son controlados mediantes el PLC Quantum. Fig. 42: SCADA del Proceso de Cianuracion
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 90 En la pantalla de la Fig. 42 se muestran la etapa de cianuración, se muestran los estados de los agitadores de cada tanque, los indicadores de corriente, indicador de pH, de oxigeno disuelto, indicadores de flujo de oxigeno y aire. En todas las pantallas se mostrarán en la parte inferior las alarmas que puedan activarse, también encontramos un botón que nos lleva a la pantalla de alarmas que muestra un historial de alarma, cuenta con un botón de reset. Fig. 43: Display para el ingreso de datos de cada lazo de control La pantalla de la Fig. 43, muestra los valores del PV y SP para cada lazos de control PID, botones de automático y manual, etc. Fig. 44: Display para mostrar datos de los motores
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 91 La pantalla de la Fig. 44, muestra el estado y el control para cualquier motor de todo el proceso, esta pantalla aparece cuando le damos clic en la imagen de cualquier motor y muestra los datos del mismo. Para el SCADA del HMI se desarrollo con el programa VIJEO DESIGNER de propiedad de SCHENEIDER, este equipo se encuentra en la cabina de operador de la zona de repulpado, mediante esta pantalla el operador puede arrancar el proceso de manera manual o automática, visualización de estado de motores y bombas, valor de nivel, de densidad, etc. Se puede setear el SP para el control de densidad, también existe la visualización de alarmas. Fig. 45: Reporte de datos del SCADA El software FASTTOOLS es configurado para generar archivos .CSV como indica la Fig. 45, antes del cambio de guardia, esta herramienta es sumamente importante para tener un reporte diario de la cantidad de relave procesado, todos los días al finalizar las tres guardias se activa el archivo en Excel el cual mediante Visual Basic for Aplications extrae los datos del relave procesado durante el día (3 guardias) y los guarda en una carpeta para tener un archivo en Excel, cada día reportan los datos que son de importancia.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 92 CAPITULO VI COSTOS DEL PROYECTO 1. GENERALIDADES En este capítulo damos a conocer los costos de implementación del proyecto, ya que en base a los costos, mediante un estudio económico y también un estudio estadístico, que son importantes para la toma de decisión en la implementación del proyecto, para ver si en realidad es rentable hacer la inversión, si mediante la automatización y técnicas como la cianuración incrementarían las ganancia para la empresa y sustentar el gasto por el proyecto a implementar. Los diagramas nos muestran todos los instrumentos y motores a utilizar que detallaremos el costo de cada uno, así como también los equipos en este caso, los controladores lógicos programables, costo de los equipos de supervisión, costo de ingeniería, implementación, capacitación y finalmente el financiamiento. Más adelante mostraremos los equipos e instrumentos que utilizaremos para el diseño del proyecto así como sus costos respectivos, también veremos el costo que tendrá al implementar el proyecto. 2. COSTOS DEL PROYECTO Aquí se muestran los equipos que serian requeridos para la implementación del proyecto así como sus respectivos precios, todos estos instrumentos y equipos cuya marca y modelo son los mismos que se emplean en áreas paralelas.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 93 2.1. Costos de los Instrumentos Tabla. 5: Costos de Instrumentos Nº DESCRIPCION PREC.UNIT($) CANTIDAD TOTAL($) 1 Sensor Ultrasonido de nivel Marca: Hawk – Modelo: Awli2 1,800.00 2 3,600.00 2 Densímetro Radiactivo Marca: Thermo Fisher– Modelo: Density Pro+ 12,000.00 2 24,000.00 3 Medidor de Ph Marca: Yokogawa – Modelo:PH202G 1,650.00 2 4,800.00 4 Válvula Pinch Marca: Red Valve – Modelo: Tipo A 500.00 2 1,000.00 5 Válvula De Control Neumática Marca: Red Valve – Modelo: Flexgate 1,000.00 2 2,000.00 6 Válvula De Control Electroneumatica Marca: Triac Control – Modelo: F90-F1- 250/2R5D-XX 1,350.00 2 2,700.00 7 Electroválvula on/off Marca: Bray Controls - Serie 63 160.00 4 640.00 8 Medidor De Flujo Marca: Yokogawa – Modelo: DY-Y 2,700.00 2 5,400.00 9 Medidor de Oxigeno Disuelto/Aire Marca: Yokogawa – Modelo: DO402G 1,800.00 1 1,800.00 10 Transductor De Corriente Marca: El Toroide – Modelo: RSI 380.00 7 2,660.00 11 Variadores De Velocidad Marca: Siemens – Modelo: 11.1 Micromaster 440 - CT HP: 5, V: 380 to 440 5,526.87 3 16,580.61 11.2 Micromaster 440 - CT HP: 7.5, V: 380 to 440 6,421.45 5 32,107.25 11.3 Micromaster 440 - CT HP: 15, V: 380 to 440 10,043.25 6 60,259.50 11.4 Micromaster 440 - CT HP: 50, V: 380 to 440 23,813.34 6 142,880.24 11.5 Micromaster 440 - CT HP: 60, V: 380 to 440 26,518.82 7 185,631.74 11.6 Micromaster 440 - CT HP: 100, V: 380 to 440 34,635.27 3 103,905.81 Total En Dólares Americanos 589,965.15
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 94 2.2. Costos de Equipos de Control Tabla. 6: Costos de Equipos de Control 2.3. Costos de Equipos a Nivel de Supervisión Tabla. 7: Costos de Equipos a Nivel de Supervisión 2.4. Costos por mano de obra El proyecto será estudiado y analizado económicamente por una empresa integradora cuya empresa trae consigo mismo todos los profesionales y técnicos capacitados para realizar la implementación, ésta empresa analizará la mano de obra en cada etapa del proceso ya que mediante la automatización aumentará la eficiencia del proceso, a continuación mostramos los costos de mano de obra para la implementación del proyecto. Tabla. 8: Costos por Mano de Obra Nº DESCRIPCION PREC. UNIT($) CANTIDAD TOTAL($) 1 PLC 1 8.200 1 8,230.00 2 PLC2 2.000 1 2,150.00 Total En Dólares Americanos 10,380.00 Nº DESCRIPCION PREC. UNIT($) CANTIDAD TOTAL($) 1 HMI 1100 1 1,200.00 2 Computadoras industriales 1650 2 3,300.00 Total En Dólares Americanos 4,500.00 Nº DESCRIPCION CANTIDAD TOTAL($) 1 Implementación y puesta del servicio del sistema de control - Pre ingeniería - Ingeniería de detalle - Programación de PLC’s - Puesta en servicio 1 22,000.00 2 Montaje eléctrico y mecánico de los instrumentos - Montaje de instrumentos y tableros de Control 1 84,950.00 Total en Dólares Americanos 106,950.00
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 95 En resumen el costo total necesario para la implementación del proyecto incluyendo el costo de los equipos es: Costo Total = $ 711,795.15 3. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO En la unidad minera en sus inicios de sus operaciones en la producción de oro se sabe que durante muchos años para recuperar el oro utilizaban la técnica de lixiviación por flotación el cual no era tan eficiente, un porcentaje del oro se iba con el relave, si de una tonelada de mineral se debería extraer 10 gramos de oro solo se extraían 6 gramos los otro 4 se iba con el relave, en la actualidad en otras unidades paralelas existe un aumento considerable en la recuperación del oro mediante la técnica lixiviante de cianuración por agitación, sumado a la automatización, permite recuperar el 95% de oro, que quiere decir de los 10 gramos por tonelada se recupera 9.5 gramos, dándonos más eficiencia en la recuperación del oro del mineral extraído, disminución de errores, velocidad de respuesta, mejoras en la producción. 4. FINANCIACIÓN Para la realización de este estudio el financiamiento es con recursos propios de parte de los investigadores. Para la implementación del proyecto con el financiamiento del 100% por parte de la empresa minera.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 96 CONCLUSIONES  Se Diseñó un sistema de control que cumple con los requerimientos de la planta.  Se Diseñó un sistema de control, seguro, amigable y confiable en donde el operador realiza las distintas operaciones de manera fácil.  Se realizó una adecuada selección de instrumentos, controlador lógico programable (PLC) y un SCADA de acuerdo a los requerimientos del sistema.  Se establecieron las estrategias de control para los diferentes lazos de control del proceso.  Se diseñó la filosofía de control del proceso.  Se diseñó el diagrama P&ID del proceso.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 97 RECOMENDACIONES  Se recomienda que al elegir el sistema de control, tener en consideración a los operadores y preguntarles con que sistema están más familiarizados.  Al realizar la instrumentación se recomienda analizar bien el proceso y con la ayuda de los manuales realizar la adecuada selección de instrumentos..  Se recomienda viajar a campo tantas veces como sea posible para un mejor entendimiento del sistema a automatizar.  Se recomienda una asesoría en procesos de cianuración para una mejora en el planteamiento de las estrategias de control.  Se debe tener en cuenta las normas respectivas, para el desarrollo del diagrama P&ID.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 98 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANTONIO Creus Solé. (2005). Instrumentación Industrial. (7ma Edición). España: Editorial Marcombo. CARLOS A. Smith, ARMANDO B. Corripio. (1991). Control Automático de Procesos. (1era Edición). México. Editorial Limusa. HERMAN Danus Vásquez. (2007). Crónicas Mineras de Medio Siglo. (1era Edicion). Chile. Editorial RIL. KATSUHIKO Ogata. (1998). Ingeniería de Control Moderna. (3era Edición). México: Editorial Pretince Hall. RUBENS Sette Ramalho. (1996). Tratamiento de Aguas Residuales. España: Editorial Reverte. SYED A. Nasar. (1998). Maquinas Eléctricas y Electromecánicas. (1era Edición). México. Editorial Mc Graw Hill. AMERICAN NATIONAL STANDARD. Normas ANSI/ISA 5.1 – 1984. (R1992). Instrumentation Symbols and Identification. [En línea] 2006 [Citado 2009 May. 15 ] . Disponible en: http://aeiq-ucm.wdfiles.com/local--files/documentacion/Normas%20ANSI ERAL. Clarificadores y Espesadores. [En línea] 2008 [Citado 2009 Set. 15]; [4 Pág.] Disponible en: http://www.minas.upm.es/catedra-anefa/Bouso-M3/CLAR_ESP.PDF FRANSICO Lara Monge. Procesos de Cianuración. [En línea] 2009 [Citado 2009 jun. 8]; [8 Pág.] Disponible en: http://geco.mineroartesanal.com/tiki-download_wiki_attachment.php?attId=233 PATRICIO Navarro, CRISTIAN Vargas, CAROLINA Aguayo. Efecto de las propiedades Físicas del Carbón Activado en la Absorción de Oro en medio Cianuro. [En línea] 2009 [Citado 2009 Oct. 3]; [12 Pág.] Disponible en: http://rlmm.mt.usb.ve/S01/N2/RLMMArt-09S01N2-p829.pdf PONCE, Enríquez. Cianuración por Agitación para la Disolución del Oro. [En línea] 2008 [Citado 2009 jun.15]; [8 Pág.] Disponible en: http://www.infoindustriaperu.com/articulos_pdf/mineria/metalurgia/010.pdf
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 99 ANEXOS
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 100 PRUEBAS EN PLANTA En otras unidades mineras existen un 80% de similitud de los instrumentos, equipos y estrategias de control, esos avances, pruebas y calibración de otras unidades, todos esos datos obtenidos servirán de mucho para realizar la automatización de la planta que mencionamos en nuestro proyecto que consta de un proceso de repulpado y otro de cianuración para poder así recuperar el oro desperdiciado en los relaves, entonces gracias a la automatización en planta de la unidad minera Orcopampa, mejorara en eficiencia, tiempo de procesamiento, tiempo de respuesta de datos y mejores ingresos, beneficiándose la empresa. A continuación tenemos la válvula neumática tipo cuchilla Fig. 1 adquirida para posteriores trabajos, que será utilizada en el proceso de repulpado en la etapa del control de densidad, la misma se utiliza en otra unidad minera paralela. Fig. 1 Como podemos ver tenemos aquí la implementación del control de densidad, Fig. 2 para realizar las primeras pruebas y calibraciones, vemos que en esta implementación se encuentran las válvulas cuchilla neumática, las electroválvulas y las conexiones como las neumáticas, eléctricas y tuberías como se indica en el diagrama de instrumentación.
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 101 Fig. 2 Aquí vemos como quedaría una interfaz HMI, Fig. 3 de tal manera que tiene como función de monitorear los datos de la planta en tiempo real, y estos datos se pueden mostrar como números, texto o gráficos que permitan una lectura fácil de interpretar y la supervisión junto al monitoreo, permite ajustar las condiciones de trabajo del proceso. Fig. 3
  • Br. CARLOS A. VÁSQUEZ VELÁSQUEZ Y Br. RENATO A. BALTA PERALES 102 Tenemos dos gabinetes de control como indican la Fig. 4 y la Fig. 5 los mismos que se utilizará en el proyecto que consta cada uno con un PLC y módulos respectivos, los gabinetes estarán conectados por medio de switch’s industriales, cuentan con un puerto de fibra óptica el cual conectara los dos Switch’s, por los puertos RJ45 se conectarán otros PLC´s. Fig. 4 Fig. 5