CAMPO DE APLICACIÓN

La presente invención se relaciona con un sistema y método de monitoreo en línea para la obtención de datos directos dentro de un molino rotatorio de minerales o similar, mediante una visualización directa de la carga y del revestimiento interior de dicho molino. Más específicamente un sistema y método de monitoreo visual directo del interior de un molino.

DESCRIPCION DEL ARTE PREVIO

Hasta hoy las herramientas que se utilizan, en la operación dentro de un molino, para determinar algunos datos sobre el comportamiento de ciertos parámetros clave son indirectos, inferencias proporcionadas por modelos matemáticos y/o sensores externos al molino que entregan datos presuntos sobre niveles óptimos de carga, desgastes de algunos insumos, de revestimientos y de eficiencia en el uso de medios de molienda.

Tales informaciones no pasan de ser buenas estimaciones e inferencias a falta de herramientas concretas que muestren lo que está sucediendo realmente al interior del molino en operación. El ámbito de operación de un molino la molienda se produce por impacto, atrición y abrasión, cuando el molino gira a una velocidad en el rango de 60 a

85% de su velocidad crítica.

Actualmente no es posible conocer de primera fuente lo que ocurre en el interior del Molino mientras este opera, solo se puede inferir el comportamiento y condición de la carga, ya que la gran barrera tecnológica es la agresividad del medio al interior del

Molino, como por ejemplo, un molino SAG.

En la actualidad hay algunos intentos por obtener una imagen desde el interior del molino, la solicitud de patente de invención CN101745449A de fecha 23.06.2010, titulada "Molino de bolas con capacidad de monitoreo del movimiento en el medio interno", de Yl SUN y otros, describe una cámara con una estructura fija, en el interior del molino de bolas, conectado con una cubierta protectora y donde la estructura esta balanceada contra reloj de modo que queda aislada de la rotación, pudiendo así monitorear en tiempo real el comportamiento de la carga; sin embargo, no se encuentra en una zona segura, debe reponerse con el desgaste, lo que implica detener el molino de bolas, además, no recoge otros parámetros tales como desgaste efectivo, alarmas si hay desprendimiento de una pieza, posición absoluta de la carga y otras variables.

La solicitud chilena 201000402, de fecha 23.04.2010, titulada "Bola de molienda que posee la propiedad de transmitir información respecto a su comportamiento dentro de la molienda hacia un punto de recepción externo". De L. Cerda y otros, describe un cuerpo moledor que se incorpora a la carga de un molino SAG y que en su interior posee un sensor, un microprocesador, un receptor y un transmisor, que capta datos relativos al comportamiento de dicho cuerpo moledor en contacto con la molienda y el molino, procesando, traduciendo y transmitiendo dicha información desde y hacia un receptor externo ubicado en el espacio circundante al cuerpo moledor"; el invento trabaja en el interior de la carga y posee un solo sensor indefinido, sin embargo no entrega información óptica, tasa de desgaste, alarma en caso de una pieza de revestimiento suelta, nivel de llenado volumétrico aparente, y otros parámetros como los que propone la presente solicitud.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION

La presente invención describe un sistema y método de monitoreo en línea de la operación dentro de un molino rotatorio de minerales, por ejemplo, un molino SAG, mediante un escaneo óptico y/o geométrico para la obtención de datos directos sobre el trabajo del interior del molino. Más específicamente un sistema de monitoreo óptico y/o geométrico dentro de un molino rotatorio de minerales y su método de operación.

La invención permite la medición directa y la transmisión en línea de variables que describen el estado y operación del interior de la cámara de molienda de un molino. El sistema de monitoreo óptico y/o geométrico comprende una unidad de monitoreo óptico y/o geométrico que se ubica en una zona segura que tiene visión directa al interior del molino, lo que evita el riesgo de daño destructivo a los instrumentos dentro de esta unidad de monitoreo óptico y/o geométrico. Además el sistema tiene una plataforma lógica, con software y firmware para el procesamiento y presentación de los datos al usuario en el control de la operación. El sistema permite medir variables como tasa de desgaste efectivo y perfil geométrico del desgaste de cada pieza del revestimiento, desprendimiento de una pieza de revestimiento, nivel de llenado volumétrico aparente y posición absoluta de la carga con el molino SAG en movimiento, nivel de llenado inspeccionado durante las detecciones, indicación aproximada de la frecuencia de proyección de carga en catarata, ocurrencia de empaquetamiento de carga entre los levantadores y mapa tridimensional del revestimiento del molino y su carga durante la operación y otras.

Por lo tanto es un primer objetivo de la invención es proveer un sistema de monitoreo visual directo para sensar el interior de un molino rotatorio de minerales o similar, que comprende, una unidad de monitoreo, una unidad de control principal y una unidad de operación y gestión, en donde la unidad de monitoreo se ubica al interior de una tolva de alimentación por donde se alimenta al molino desde un recipiente, y la ubicación de la unidad de monitoreo al interior de la tolva de alimentación es ajustada de acuerdo con las características físicas de dicha tolva de alimentación y a las dimensiones del molino, de modo que permita una vista directa al interior del molino. Donde la unidad de monitoreo está sometida a vibraciones durante la carga del molino, lo que determina, junto con el ambiente agresivo de la carga que pasa por debajo de la unidad de monitoreo, una protección para su operación, que comprende una carcaza exterior que tiene una forma definida por el volumen que ocupa en el interior de la tolva de alimentación y protege a un contenedor de sensores que están orientados visualmente, hacia el interior del molino. La carcaza exterior esta construida como un blindaje de acero con un nivel de dureza alto, además, para absorber cualquier tipo de impacto, tiene un revestimiento de caucho y para absorber las vibraciones tiene amortiguadores pasivos de baja frecuencia, y opcionalmente se emplean amortiguadores activos. Además, el contenedor de sensores que están orientados visualmente, hacia el interior del molino, comprende medios sensores que están dispuestos en dicho contenedor de sensores, el que comprende un recipiente, que en su interior se componen de un escáner láser, una cámara térmica, una cámara fotográfica digital, una pluralidad de medios de iluminación, una termocupla y un acelerómetro; y el contenedor de sensores tiene una cara orientada hacia el interior del molino, que es un panel visor el cual contiene calados con la forma de cada elemento o sensor que quedan a nivel de la superficie, así, el escáner láser tiene una abertura escáner, la cámara térmica está asociada a una abertura térmica, la cámara fotográfica digital presenta una abertura fotográfica y junto a esta cámara fotográfica digital se encuentra una abertura de iluminación, en donde la abertura de iluminación está definida por la disposición que se adopta cuando se calibra la cámara fotográfica digital para un mejor enfoque visual hacia el interior del molino, con lo cual los medios de iluminación se pueden disponer a un costado, abajo, arriba o alrededor de la cámara fotográfica digital. El panel visor tiene en su parte superior una visera que es hueca y que es parte integral del contenedor de sensores, que está conectado internamente con un ducto de aire limpio a presión, donde el aire inyectado por el ducto de aire a presión fluye a través de la visera y sale por una pluralidad de orificios generándose una pluralidad de chorros de aire que fluyen desde arriba de la visera hacia abajo, manteniendo la cara exterior del panel visor limpia e impidiendo la incrustación de material en los distintos sensores y medios de iluminación.

Un segundo objetivo es proveer un método operativo del sistema de monitoreo visual directo para sensar el interior de un molino, que comprende disponer de una unidad de monitoreo para el monitoreo visual directo para sensar el interior de un molino, en donde la unidad de monitoreo contiene en su interior un contenedor de sensores que permite:

sensar la temperatura interior de este, mediante una termocupla;

determinar la aceleración en el eje vertical, en el eje horizontal lateral y en el eje horizontal frontal, en función del tiempo, mediante un acelerómetro;

adquirir imágenes bidimensionales del interior del molino mediante una cámara fotográfica digital, de las condiciones geométricas del interior del molino;

adquirir imágenes bidimensionales del interior del molino en el espectro térmico, mediante una cámara térmica, obteniendo termografías del interior del molino; y

ejecutar una detección de distancia en uno o más planos, por medio de la detección de distancias, por ejemplo, detección de tiempo de vuelo, usando haces láser mediante un escáner láser, para obtener uno o más perfiles geométricos tridimensionales del entorno en posiciones angulares predefinidas del interior del molino.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de un molino rotatorio de minerales que emplea la presente invención.

La Figura 2 muestra una vista perspectiva de la tolva (chute) de alimentación que muestra la zona de ubicación de la unidad de monitoreo óptico y/o geométrico.

La Figura 3 muestra una vista isométrica, de la unidad de monitoreo óptico y/o geométrico.

La Figura 4 muestra una vista isométrica desde abajo, de la unidad de sensores que se instala en la unidad de monitoreo.

La Figura 5 muestra una vista isométrica desde arriba, de la unidad de sensores que se instala en la unidad de monitoreo. La Figura 6 muestra una vista esquemática de la operación de los sensores al interior del molino.

La Figura 7 muestra una vista frontal del interior del molino, desde el punto de ubicación de la unidad de sensores.

La Figura 8 muestra un ejemplo de un diagrama en bloques del hardware de control y gestión del dispositivo de monitoreo óptico.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se describe como un sistema de monitoreo visual directo del interior de un molino (10), el cual comprende una unidad de monitoreo (240), una unidad de control principal (250) y una unidad de operación y gestión (300), como se describe en la figura 1. La unidad de monitoreo (240) se ubica al interior de una tolva de alimentación (220) por donde se alimenta al molino (150); la ubicación de la unidad de monitoreo (240) al interior de la tolva de alimentación (220) es ajustada de acuerdo con las características físicas de la tolva de alimentación (220) y a las dimensiones del molino (150), de modo que permita una vista directa al interior del molino ( 50), como muestra la figura 2. La tolva de alimentación (220) es el alimentador de carga del molino (150) desde el recipiente (200), por lo que la unidad de monitoreo (240) está sometida a vibraciones durante la carga del molino (150), lo que determina, junto con el ambiente agresivo de la carga que pasa por debajo de la unidad de monitoreo (240), una protección adecuada para su operación.

La unidad de monitoreo (240) comprende una carcaza exterior (260) que tiene una forma definida por el volumen que ocupa en el interior de la tolva de alimentación (220) y protege a un contenedor de sensores (270) que están orientados visualmente, hacia el interior del molino (150), tal como se muestra en la figura 3.

La carcaza exterior (260) está sometida al paso de mineral que ingresa al molino (150) a alta velocidad y de forma irregular, al ingreso periódico de bolas de molienda, inyección de agua a alta presión que puede generar corrosión en la tolva de alimentación (220), material fino en suspensión y vibraciones en la tolva de alimentación (220) debido al desplazamiento del mineral; todo esto, provoca que la carcaza exterior (260) debe estar construida como un blindaje de acero con un nivel de dureza alto. Es posible, combinar otros materiales de blindaje, ya que no toda la carcaza exterior (260) está sometida al paso del mineral; además, para absorber cualquier tipo de impacto, se aplica un revestimiento de caucho y emplean amortiguadores pasivos de baja frecuencia, y dependiendo del comportamiento del flujo de mineral, opcionalmente se emplean amortiguadores activos, que operan a partir de una señal entregada por el contenedor de sensores (270).

Al interior de la carcaza exterior (260) se encuentra el contenedor de sensores (270), que se muestra en las figuras 4 y 5, que en su interior contiene los medios sensores para el monitoreo del interior del molino (150).

Los medios sensores que están dispuestos en el contenedor de sensores (270), que comprende un recipiente (271) que en su interior se componen de un escáner láser (275), una cámara térmica (276), una cámara fotográfica digital (277), una pluralidad de medios de iluminación (279), una termocupla (278) y un acelerómetro (274).

El contenedor de sensores (270) tiene una cara orientada hacia el interior del molino (150), que es un panel visor (290) el cual contiene calados con la forma de cada elemento o sensor que quedan a nivel de la superficie; en figura 5, se muestra un ejemplo de una disposición de los elementos y sensores, así, el escáner láser (275) tiene una abertura escáner (275'), la cámara térmica (276) está asociada a una abertura térmica (276'), la cámara fotográfica digital (277) presenta una abertura fotográfica (277') y junto a esta cámara fotográfica digital (277) se encuentra una abertura de iluminación (279'); la figura que tiene la abertura de iluminación (279') está definida por la disposición que se adopta cuando se calibra la cámara fotográfica digital (277) para un mejor enfoque visual hacia el interior del molino (150), con lo cual los medios de iluminación (279) se pueden disponer a un costado, abajo, arriba, alrededor, etc., de la cámara fotográfica digital (277).

El panel visor (290) tiene en su parte superior una visera (282) que es hueca y que es parte integral del contenedor de sensores (270), que está conectado internamente con un ducto de aire limpio a presión (280); el aire inyectado por el ducto de aire a presión (280) fluye a través de la visera (282) y sale por una pluralidad de orificios (281) generándose una pluralidad de chorros de aire que fluyen desde arriba de la visera (282) hacia abajo, manteniendo la cara exterior del panel visor (290) limpia e impidiendo la incrustación de material en los distintos sensores y medios de iluminación (279).

La termocupla (278) permite enviar una señal de temperatura al interior del contenedor de sensores (270) hacia la unidad de control principal (250), la que entrega una señal de comando para ingresar aire de climatización al interior del contenedor de sensores (270) a través de las aberturas (272), una para el ingreso y otra para la salida del aire de climatización.

La abertura (273) permite la salida de los cables asociados a los distintos medios que están contenidos en el interior del contenedor de sensores (270), tanto los de control como los cables de señales y energía.

El acelerómetro (274) permite enviar una señal de movimiento del contenedor de sensores (270) hacia la unidad de control principal (250), y por consiguiente de la unidad de monitoreo (240), esta señal es para permitir el control de los amortiguadores activos, cuando estos se emplean.

Si bien en la figura 5 se muestra en un solo bloque los medios de iluminación (279), el ejemplo está compuesto, en este caso, de seis unidades de iluminación. Queda en evidencia que esta pluralidad de medios de iluminación (279) se pueden distribuir de acuerdo con las condiciones de trabajo que cada molino (150) presenta.

La figura 6 muestra un ejemplo de operación del escáner láser (275), que genera, por ejemplo, cuatro señales de barrido (275"), para determinar la distancia y forma de la carga al interior del molino (150); la vista esquemática permite ver la tolva de alimentación (220), que contiene en su parte superior la unidad de monitoreo (240) y esta al contenedor de sensores (270).

La figura 7 describe una vista esquemática del interior del molino (150) desde el panel visor (290), que permite determinar la forma de la carga instantánea (160), el estado de los revestimientos (170), y el perfil térmico de la carga instantánea (160) y del revestimiento (170) del molino (150).

Todas las acciones de monitoreo pueden ser gestionadas por un usuario en la unidad operación y gestión (300), sin embargo, es posible hacer un control automático de los resultados que llegan desde la unidad de monitoreo (240), con lo cual la operación y gestión del monitoreo es manual o automática, según elija el operador.

La termocupla (278) genera una señal de voltaje continuo cuyo valor está relacionado unívocamente con la temperatura a la que ella está sometida y que corresponde al interior del contenedor de sensores (270); esta señal de temperatura es adquirida por la unidad de control principal (250) para almacenar el comportamiento de la temperatura en el tiempo y alertar la operación del molino (150), ya sea manual o automática, sobre condiciones de temperatura poco apropiadas para la operación de los demás sensores al interior del contenedor de sensores (270), y eventualmente para controlar el flujo de aire de acondicionamiento interior y mantener una temperatura apropiada para la operación de todos los sensores al interior del contenedor de sensores (270).

El acelerómetro (274) genera una señal digital que contiene tres variables en función del tiempo, proporcionales a la aceleración a la que el acelerómetro (274) está sometido en el eje vertical, en el eje horizontal lateral y en el eje horizontal frontal. La señal digital que combina las tres aceleraciones es adquirida por la unidad de control principal (250) para almacenar el comportamiento de la vibración en el tiempo y alertar la operación del molino (150), ya sea manual o automática, sobre condiciones de vibración poco apropiadas para la operación de los demás sensores al interior del contenedor de sensores (270), y eventualmente para controlar la rigidez de los amortiguadores activos en los que se soporta la caja que contiene los sensores y así mantener un nivel de vibración apropiado para la operación de todos los sensores al interior del contenedor de sensores (270).

La cámara fotográfica digital (277) adquiere imágenes bidimensionales del interior del molino (150) en el espectro visible a través de un lente de características ópticas apropiadas para las condiciones geométricas del molino (150). La cámara fotográfica digital (277) tiene características apropiadas para la velocidad de movimiento de la carga (160) y del molino (150), y para la iluminación producida por los medios de iluminación (279). La operación de la cámara fotográfica digital (277) es comandada desde la unidad de control principal (250), permitiendo adquirir fotografías a una frecuencia predeterminada para la operación del molino (150). Las imágenes capturadas por la cámara fotográfica digital (277) son almacenadas y procesadas automáticamente en la unidad de control principal (250). Sobre estas imágenes se realizan procedimientos de análisis con técnicas conocidas para medir dimensiones de elementos de interés dentro del molino (150), para detectar presencia o ausencia de elementos, para detectar integridad de las partes constituyentes del revestimiento (170), para determinar la ubicación de la carga (160) y el perfil geométrico de su superficie. Además, solamente presentar las imágenes al operador del molino (150) en la unidad de operación y gestión (300), ya entrega información valiosa con que actualmente no se cuenta.

La cámara térmica (276) adquiere imágenes bidimensionales del interior del molino (150) en el espectro térmico, lo que implica que el color o tonalidad de cada pixel está relacionado con la temperatura del objeto fotografiado. La captura de estas imágenes se realiza a través de un lente de características ópticas apropiadas para las condiciones geométricas del molino (150), que a su vez está protegido por una ventana cuyo material posee características moleculares que lo hacen especialmente permeable a las frecuencias térmicas, por ejemplo, Germanio. La cámara térmica (276) tiene características apropiadas para la velocidad de movimiento de la carga (160) y del molino (150). La operación de la cámara térmica (276) es comandada desde la unidad de control principal (250), permitiendo adquirir termografías a una frecuencia predeterminada para la operación del molino ( 50). Las termografías capturadas por la cámara térmica (276) son almacenadas y procesadas automáticamente en la unidad de control principal (250). Sobre estas termografías se realizan procedimientos de análisis con técnicas conocidas, con dos propósitos: por un lado se persiguen los mismos fines que con las imágenes de la cámara fotográfica digital (277), permitiendo una medición redundante más la opción de contar con imágenes en caso de que los medios de iluminación (279) no operen. Por otro lado, se busca identificar gradientes térmicas anormales en las piezas componentes del revestimiento (170) del molino (150) para identificar tempranamente puntos de falla estructural y se buscan en la carga (160) elementos de temperatura más elevada que los demás (bolas de acero) y así se estima la cantidad relativa de bolas en función de la cantidad de mineral. Además, solamente presentar las termografías al operador del molino (150) en la unidad de operación y gestión (300) ya entrega información valiosa con que actualmente no se cuenta.

El escáner láser (275) ejecuta una detección de distancia en uno o más planos, por medio de la detección de distancias, por ejemplo, detección de tiempo de vuelo, usando haces láser (275") que se mueven angularmente en el tiempo por medio de un espejo que rota a alta velocidad. Esto permite obtener uno o más perfiles geométricos tridimensionales del entorno en posiciones angulares predefinidas. Los haces láser (275") tienen características de frecuencia y potencia que les permite penetrar ambientes con polvo y humedad. La operación del escáner láser (275) es comandada desde la unidad de control principal (250), permitiendo adquirir perfiles geométricos tridimensionales a una frecuencia apropiada para la operación del molino (150). Los valores en el tiempo de distancia y ángulo de cada haz láser (275") generados por el escáner láser (275) son almacenados y procesados automáticamente en la unidad de control principal (250). Sobre estos haces láser (275") se realizan procedimientos de análisis con técnicas conocidas para medir posiciones espaciales y dimensiones de elementos de interés dentro del molino (150), para detectar presencia o ausencia de elementos, para detectar integridad de las partes constituyentes del revestimiento (170), para determinar la ubicación de la carga (160), el perfil geométrico de su superficie y su volumen. Además, solamente presentar los perfiles geométricos tridimensionales medidos por el escáner láser (275) al operador del molino (150) en la unidad de operación y gestión (300) ya entrega información valiosa con que actualmente no se cuenta.

La figura 8 describe la relación física de control y gestión de los medios contenidos en el contenedor de sensores (270), controlados por la unidad de control principal (250) que mediante medios de operación, como fuentes, válvulas y relés, controla los medios operativos en el contenedor de sensores (270), y la unidad operación y gestión (300) permite la gestión de los medios operativos en el contenedor de sensores (270), a través de la unidad de control principal (250), como se ha descrito.

El método de operativo de monitoreo en línea dentro de un molino rotatorio de minerales o similar, mediante una visualización directa de la carga y del revestimiento interior de dicho molino, se realiza a través de los distintos medios contenidos en el contenedor de sensores (270), tal como ha sido detallado en cada funcionalidad de los sensores.

El método operativo comprende el monitoreo visual directo para sensar el interior de un molino (150), disponer de una unidad de monitoreo (240) que contiene en su interior un contenedor de sensores (270) que permite sensar la temperatura interior de este; determinar la aceleración en el eje vertical, en el eje horizontal lateral y en el eje horizontal frontal, en función del tiempo; adquirir imágenes bidimensionales del interior del molino (150) mediante una cámara fotográfica digital (277), de las condiciones geométricas del interior del molino (150); adquirir imágenes bidimensionales del interior del molino (150) en el espectro térmico, mediante una cámara térmica (276) obteniendo termografías del interior del molino (150); ejecutar una detección de distancia en uno o más planos, por medio de la detección de distancias, por ejemplo, detección de tiempo de vuelo, usando haces láser (275") mediante un escáner láser (275), para obtener uno o más perfiles geométricos tridimensionales del entorno en posiciones angulares predefinidas del interior del molino (150).