DESGASTE EN PLACAS DE DESGASTE DE MAQUINARIA; SISTEMA Y MÉTODOS ASOCIADOS.

MEMORIA DESCRIPTIVA

CAMPO DE LA INVENCION

La presente invención está relacionada con los aparatos, sistemas y métodos de monitoreo remoto utilizados en la industria minera, con particular aplicación en el monitoreo remoto de las placas de desgaste de maquinarias tales como chutes de traspaso de mineral, guías de carga, entre otros.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Muchos de los equipos usados en la industria minera tales como aquellos utilizados para la molienda, el chancado o transporte de mineral están sujetos a un alto desgaste de sus piezas, en especial aquellas que se ven sometidas a impacto y abrasión.

Dichas piezas, más conocidas como placas de desgaste, están generalmente diseñadas de materiales cerámicos que proveen una alta resistencia al impacto. Particularmente en los chutes de traspaso de mineral, las placas de desgaste están configuradas para cubrir las paredes interiores del equipo con el fin de evitar daños en su estructura producto del impacto que el mineral en movimiento generaría sobre dichas paredes. Por lo tanto, la función de las placas de desgaste es recibir el impacto del mineral cuando este cae sobre el chute, lo cual va desgastando progresivamente su superficie en el tiempo hasta el punto en que deben ser finalmente reemplazadas. Tradicionalmente, el nivel de desgaste en una placa se evalúa in situ a través de una inspección visual o medición con equipos métricos por parte de uno o más operarios, quienes con cierta frecuencia miden el desgaste de cada placa y determinan en base a su experiencia o a los protocolos de la empresa minera cuando es necesario realizar el desgaste de la placa. No obstante, dicha inspección requiere detener el funcionamiento de la máquina y puede tomar un tiempo significativo teniendo en cuenta la envergadura que poseen los equipos a examinar. Esto trae como consecuencia pérdidas de recurso importantes en términos de tiempos muertos de producción, utilización de mano de obra y los costos que ello conlleva.

Para hacer frente a este inconveniente, se han propuesto en el estado del arte algunas soluciones de monitoreo vía remota que permiten detectar el desgaste de las placas a distancia y determinar si se requiere un reemplazo de las mismas sin necesidad de una inspección en el lugar o in situ.

El documento US 2007163325 divulga un sensor para detectar el desgaste de una superficie de desgaste de un componente, en particular un revestimiento unido a la carcasa de un molino giratorio. El sensor comprende un elemento conductor incrustado en el componente, comprendiendo dicho elemento conductor un primer extremo posicionado a una primera distancia de la superficie de desgaste, al menos un bucle conductor que comprende una porción de desgaste colocada a una segunda distancia de la superficie de desgaste próxima al primer extremo y un circuito para determinar una continuidad del conductor.

De acuerdo a este documento, cuando se erosiona la superficie de desgaste se corta un cable conductor, dejando aislado ambos segmentos del cable y llevando el voltaje de la resistencia conectada a uno de dichos segmentos a tierra. Por lo tanto, la forma de identificar el desgaste se realiza midiendo si existe circuito abierto o no, con el propósito de formar un código binario que indique el estado de los sensores.

Además el sistema propuesto por el documento US 2007163325 cuenta con un microprocesador que se conecta con una red de sensores de desgaste incrustados dentro del molino. También cuenta con una memoria, reloj, batería, microcontrolador, interfaz de medición y una comunicación serial para el análisis posterior en un PC. Es decir, el sistema divulgado posee el inconveniente de que almacena los datos medidos en una memoria y no permite un monitoreo a distancia de manera inalámbrica. Además se observa que la gran cantidad de equipos utilizados incrementa el requerimiento energético provisto por las baterías, aumentando por otro lado los costos del sistema.

Por su parte, el documento US 465507 describe un sistema de sensor de desgaste para detectar la corrosión y desgaste de un componente. Bucles conductores de sondas de un sensor están incrustados en ubicaciones espaciadas a través del componente. A medida que se mantiene la erosión, corrosión o desgaste del componente, cada bucle conductor se somete al desgaste y se interrumpe sólo cuando el componente se desgasta en su ubicación particular. El estado de continuidad de cada bucle se evalúa periódicamente, con una condición de circuito eléctrico cerrado que indica la integridad estructural en esa ubicación particular del bucle, y una condición de circuito abierto eléctrico que indica dicha condición de desgaste.

Si bien el documento US 465507 permite el monitoreo en tiempo real, no sugiere la transmisión inalámbrica de los datos para un eficiente monitoreo a distancia. Además al igual que el documento US 2007163325, identifica el desgaste midiendo la continuidad de un conductor (circuito abierto o cerrado) con las desventajas anteriormente discutidas.

Otra solución similar propone el documento US 6366201, el cual divulga una matriz de resistencias paralelas para detectar progresivamente el desgaste en revestimientos de freno. Una pluralidad de conductores están incrustados dentro de un revestimiento o dispuestos de otra manera entre la superficie del freno y un actuador. Cada uno de los conductores está conectado a una resistencia que a su vez está conectada a un circuito indicador. El circuito indicador también está conectado a la superficie del freno. Los conductores tienen longitudes cada vez mayores que se extienden desde la superficie del freno hasta el actuador. Cuando se aplican los frenos, la superficie del freno puede entrar en contacto con al menos uno de los conductores para cerrar el circuito indicador. A medida que el revestimiento del freno se desgasta, cada uno de los conductores se pone en contacto progresivamente con la superficie del freno cuando se aplican los frenos, lo que agrega progresivamente una resistencia al circuito indicador. Los conductores y resistencias están dispuestos en paralelo y, por lo tanto, a medida que se desgasta el revestimiento del freno, la resistencia general en el circuito del indicador disminuye progresivamente. El desgaste progresivo del revestimiento de freno puede detectarse directamente en función del cambio de resistencia en el circuito indicador.

Esta solución si bien tiene aplicación únicamente en la medición de desgaste de frenos posee las mismas desventajas que los documentos US 2007163325 y US 465507, al medir el desgaste por medio de variaciones en la resistencia eléctrica de un conductor y sin proponer un monitoreo a distancia de manera inalámbrica.

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención superar los inconvenientes de los sistemas propuestos en el estado del arte, por medio de una solución que permita en primer lugar definir un rango de voltaje específico para detectar eficientemente el desgaste y evitar falsos positivos.

Es otro objetivo de la presente invención proveer un dispositivo con un sistema de transmisión de datos inalámbrico que permita monitorear y detectar el desgaste en una placa en tiempo real, a diferentes niveles, libre de mantención y de manera totalmente remota, evitando la operación humana y el uso de dispositivos locales que consumen energía y recursos innecesarios.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

De acuerdo a un primer aspecto de la invención, se propone un conjunto de placa de desgaste para monitorear remotamente el desgaste en placas de desgaste de maquinaria, el cual está conformado por: un panel modular, una estructura receptora de anclaje, una placa de respaldo, una placa electrónica conectada a una fuente de poder y sensores de desgaste insertos en el interior del panel modular y conectados a la placa electrónica. La conexión entre cada sensor de desgaste y la placa electrónica comprende una o más resistencias eléctricas configuradas como divisor de tensión. Ventajosamente, la medición de desgaste por medio de una configuración de divisor de tensión permite definir un voltaje de operación y discriminar de mejor forma el desgaste, ya que se establece un rango de voltaje específico. Esto supone una mejora a los sistemas del estado del arte en donde la identificación de un sensor afectado se determina meramente identificando su hay circuito abierto o cerrado, es decir por medio de un identificador binario del voltaje.

De acuerdo a un segundo aspecto de la invención, se propone un sistema para monitorear remotamente el desgaste en placas de desgaste de maquinaria, por medio de al menos un conjunto de placa de desgaste como la descrita anteriormente, estando comprendido dicho sistema además por una máquina, un módem Wi-Fi, una página web y un dispositivo de usuario. Por medio del envío de los datos directamente a una página web, ventajosamente no necesita una memoria, reloj, ni otra serie de dispositivos locales como en los sistemas conocidos del estado del arte. Lo anterior refleja una importante disminución de costos.

Además, la transmisión de datos directamente a la página web automatiza el sistema y por ende no necesita a un humano para poder operar. Además el sistema es libre de mantención.

De acuerdo a un tercer aspecto de la invención, se propone un método para detectar remotamente desgaste en un conjunto de placa de desgaste, donde dicho método comprende los pasos de:

- encender un módulo Wi-Fi de una placa electrónica del conjunto de placa de desgaste;

- enviar una señal desde sensores de desgaste del conjunto de placa de desgaste a la placa electrónica y determinar si existe desgaste, en donde, en caso de no detectarse desgaste en algún sensor de desgaste:

- llevar a un estado de suspensión el módulo Wi-Fi por un tiempo determinado, o, en caso de detectarse desgaste:

- recopilar información del o los sensores que presentan desgaste;

- intentar establecer una conexión a internet de un módem Wi-Fi conectado por Wi-Fi al módulo

Wi-Fi; - determinar si el módem Wi-Fi se conectó a internet en un tiempo predeterminado; donde en caso de superarse el tiempo predeterminado sin conexión a internet se lleva al estado de suspensión el módulo Wi-Fi por un tiempo determinado, de lo contrario:

- enviar a una página web información relacionada con el sensor con que se detectó desgaste y llevar al estado de suspensión el módulo Wi-Fi por un tiempo determinado.

De acuerdo a un cuarto aspecto de la invención, se propone un método para procesar datos de desgaste en el sistema antes descrito, el cual comprende los pasos de:

- esperar en una página web datos provenientes desde una placa electrónica ubicada en un panel modular de un conjunto de placa de desgaste;

- determinar si existen datos que recepcionar por la página web, en donde, en caso de no recibirse datos, la página web queda en estado de espera de datos, de lo contrario:

- almacenar los datos recepcio nados en una base de datos;

- discriminar si los datos almacenados son repetidos o nuevos, en donde, en caso de que dichos datos sean repetidos, se procede a guardarlos en un registro interno y dejar la página web en estado de espera de datos, de lo contrario:

- mostrar los datos en la página web y enviarlos a un dispositivo de usuario.

Por medio del sistema y métodos propuestos, se podrá proporcionar información al usuario muy útil a través de la página web tal como relaciones directas entre la duración de las placas de desgaste v/s toneladas en horas procesadas, como también identificar las placas de desgaste que sufren un mayor desgaste en una máquina en particular. Con esta información se podrá realizar un mantenimiento predictivo más en detalle como también mejorar la asesoría del uso de distintos materiales o productos en las zonas con más desgaste. Lo anterior tiene una consecuencia significativa en términos del aumento en la disponibilidad de los equipos, disminuyendo así los tiempos en las detenciones para mantención, es decir, aumentar la continuidad operacional, disminuyendo los costos de mantención. Por último, por medio de la presente invención el usuario podrá obtener una modelación que le dé una idea o concepto del degaste en sus equipos y predecir el desgaste a partir de los datos empíricos obtenidos.

Estas y otras ventajas se podrán deducir a partir de las modalidades preferidas de la invención ilustradas en las Figuras que se acompañan y que se describen a continuación.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

- La Figura 1 ilustra una vista en explosión de un conjunto de placa de desgaste configurado para recibir sensores de desgaste.

- La Figura 2 ilustra una vista posterior del conjunto de placa de desgaste de la figura 1 ensamblado.

- Las Figura 3 ilustra un esquema ejemplificativo del circuito electrónico de los sensores de desgaste.

- Las Figura 4 ilustra un esquema ejemplificativo del sistema de transmisión de datos según la presente invención.

- Las Figura 5 ilustra un diagrama de flujo del método de detección de desgaste según la presente invención.

- La Figura 6 ilustra un diagrama de flujo del método de detección de desgaste según la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

De acuerdo a la modalidad de la Figura 1, se tiene un conjunto de placa de desgaste 100 conformado por un panel modular 110 vulcanizada a una estructura receptora de anclaje 120, la cual a su vez está cubierta posteriormente por una placa de respaldo 130 metálica. La placa de respaldo 130 posee un sacado 131 configurado para alojar una placa electrónica al interior de una carcasa 140. En la modalidad ilustrada, se utiliza un panel modular 110 conformado por seis baldosas 111 dispuestas paralelamente en una matriz de 3x2. Preferentemente, cada baldosa 111 está construida de cerámica resistente a la abrasión, impacto y a las altas temperaturas. Por su parte, la estructura receptora de anclaje 120 comprende un marco 121 y separadores 122 en su interior, conformando así alojamientos 123 para recibir cada baldosa 111 del panel modular 110. Preferentemente, la estructura receptora de anclaje 120 está fabricada en caucho, particularmente por una combinación de caucho natural y caucho sintético que otorgan una alta calidad y resistencia.

La placa de respaldo 130 está construida preferentemente de acero y su unión con la estructura receptora de anclaje pude ser mediante pernos o cualquier otro medio de sujeción adecuado como soldadura e incluso por imanes. En la modalidad ilustrada en la figura 1, la placa de respaldo 130 y la estructura receptora de anclaje 120 poseen perforaciones de placa de respaldo 132 y perforaciones de estructura receptora de anclaje 124, respectivamente, alineadas y ubicadas cerca de los vértices. Dichas perforaciones están configuradas para recibir sensores de desgaste protegidos por un tapón 150. Dichos tapones 150 son introducidos a su vez en perforaciones de la cara inferior del panel modular (no ilustradas).

De acuerdo a la modalidad ilustrada en la Figura 2, la cara inferior de la placa de respaldo 130 posee conductos 133 para disponer en su interior el cableado que va desde la placa electrónica alojada en la carcasa 140 hasta los sensores de desgaste insertos en las perforaciones y protegidos por los tapones 150. Preferentemente y según lo ilustrado, los conductos 133 consisten en canales que recorren la cara inferior de la placa de respaldo 130 en forma de“H”. Por su parte, la carcasa 140 se ubica en el centro de la placa de respaldo 130 e insertada preferentemente en un compartimento inferior de la estructura receptora de anclaje, de manera que su cara inferior queda alineada con la cara inferior de la placa de respaldo 130. La placa de respaldo 130 comprende además en su cara inferior medios de fijación 160 para fijar el conjunto de placa de desgaste 100 a la superficie a revestir, por ejemplo a las paredes interiores de un chute, molino o a cualquier otra superficie que requiera placas de desgaste.

La placa electrónica (no ilustrada) dispuesta al interior de la carcasa 140, está conectada por tanto a los sensores de desgaste ubicados en cada una de las perforaciones y protegidos por los tapones 150. Dichos sensores de desgaste consisten en galgas extensiométricas, que miden deformación, presión, carga, etc., de modo que cualquier esfuerzo aplicado sobre la galga provoca una variación en su resistividad.

De acuerdo al principio de funcionamiento de la invención, el impacto repetitivo del material sobre el panel modular, produce un deterioro o erosión progresiva en las baldosas cerámicas, la cual a medida que es más profunda rompe las galgas extensiométricas ubicadas en las perforaciones y protegidas por los tapones 150, para alertar que se ha llegado a un cierto nivel de desgaste.

De acuerdo a una modalidad preferida de la invención, en el interior de cada perforación con tapón 150 se disponen dos galgas extensiométricas, ubicadas a diferentes alturas en el interior del panel modular, a efectos de medir dos o más valores de desgaste de dicha placa. Por ejemplo, podría disponerse en cada perforación con tapón una galga superior a una altura correspondiente al 40% de desgaste del panel modular y una galga inferior a una altura correspondiente al 60% de desgaste del panel modular. Una configuración alternativa podría ser ubicar las galgas en alturas que midan respectivamente un 40% y un 20% de desgaste del material cerámico. Evidentemente, otros porcentajes y diferentes números de galgas podrían aplicarse en la presente invención para obtener un sistema de medición de desgaste dependiendo de las necesidades o condiciones operativas.

En la modalidad preferida, se tiene entonces en total ocho sensores de desgaste conectados a la placa electrónica desde las cuatro perforaciones con tapones 150 por medio de conductores ubicados en el interior de los conductos 133. Junto con ello, la placa electrónica comprende un módulo Wi-Fi con microcontrolador, una fuente de poder y una pluralidad de resistencias eléctricas.

La Figura 3 muestra el esquema electrónico de la invención según la modalidad preferida, en donde las resistencias R1 a R8, son resistencias eléctricas que forman un divisor de tensión, es decir que dividen la tensión de entrada en el circuito en otras dos diferentes y más pequeñas de salida. Preferentemente las resistencias R1 a R8 tienen un alto valor, por ejemplo de 1MW que permite limitar la corriente del divisor de tensión y ahorrar energía. Por su parte, las resistencias R9 y Rl l son resistencias eléctricas de por ejemplo 101<W cuyo objetivo el limitar la corriente para pines específicos del módulo Wi-Fi 200.

Una batería de alimentación corriente continua alimenta permanentemente los divisores de tensión y el módulo Wi-Fi 200. Cuando la placa electrónica no ha detectado ningún desgaste, el microcontrolador lee un voltaje bajo en el divisor de tensión que es insuficiente para activar una alerta. Sin embargo, cuando una galga extensiométrica se rompe, el voltaje leído es capaz de activar dicha alerta informando que el desgaste en la placa ha alcanzado un nivel predeterminado.

En la Figura 4 se tiene un esquema del sistema de transmisión de datos propuesto en la presente invención. En dicho ejemplo, se representa el conjunto de placa de desgaste 100 en un chute de traspaso 300 de un sistema de transferencia 310 el cual incluye un tablero de comunicaciones 320.

Al romperse un sensor de desgaste 170 producto del desgaste del panel modular, dicha ruptura es detectada por la placa electrónica 180 conectada a la fuente de poder 190, preferentemente a una batería. La placa electrónica 180 se conecta por medio del módulo Wi-Fi a una red Wi-Fi W de un modem inalámbrico 321 instalado por ejemplo en el tablero de comunicaciones 320. A su vez, la placa electrónica 180 verifica si existe conexión a internet i y de ser así el modem inalámbrico 321 envía los datos a una página web donde son almacenados y pueden ser consultados por un usuario utilizando un dispositivos de usuario 330 tal como un Notebook, Tablet, Smartphone a través del correo electrónico, software, aplicación móvil, o cualquier interfaz de usuario adecuada.

A continuación se describe el método de detección de desgaste que realiza el sistema de la presente invención a nivel de hardware, en base al diagrama de la Figura 5.

El método se inicia con la etapa de encendido (510) del módulo Wi-Fi, ubicado en la placa electrónica al interior del panel modular y conectado a los sensores de desgaste. Los sensores de desgaste envían una señal a dicho módulo con el fin de determinar si existe desgaste o no en el panel modular (520), es decir, si el desgaste ha alcanzado en el panel modular algún nivel predeterminado provocando la ruptura de uno de los sensores de desgaste ubicados en su interior. En caso de que no haya desgaste, es decir, si no hay ruptura de algún sensor de desgaste, el microcontrolador del módulo Wi-Fi entra en un estado de suspensión (530) por un tiempo determinado. Una vez cumplido dicho tiempo se retorna al paso (510).

En el caso de que el microcontrolador detecte desgaste en alguno de los sensores, se procede a recopilar información del o los sensores afectados (540) y posteriormente, el módulo Wi-Fi intenta establecer una conexión a internet (550) por medio del módem Wi-Fi, para lo cual se fija un tiempo predeterminado. A continuación se determina si hubo conexión dentro del tiempo predeterminado (560). En caso de que se supere dicho tiempo predeterminado, se retorna al paso (530). En caso contrario, se envía a la página web la información (570) con el identificador del sensor de desgaste que fue destruido y preferentemente otros datos como la fecha y hora de detección, etc.

Una vez enviada la información a la página web, se retorna al paso (530).

A continuación se describe el método de procesamiento de datos de desgaste que realiza el sistema de la presente invención a nivel de software, en base al diagrama de la Figura 6.

El método se inicia con la página web en espera de datos (610) provenientes desde la placa electrónica ubicada en el conjunto de placa de desgaste. Luego se procede a determinar si existen datos que recepcionar (620). En el caso de que no se reciban datos, la página web se mantiene en el estado asociado al paso (610). En caso contrario, es decir, que la placa electrónica haya transmitido datos, estos son recepcionados por la página web la cual los guarda automáticamente en una base de datos (630). Posteriormente, la página web procede a discriminar si los datos recién ingresados son repetidos o nuevos (640). En caso de ser datos repetidos la página web solo los guarda en un registro interno y retorna al paso (610). En el caso de ser datos nuevos, estos se muestran en la página web y se envían dispositivo de usuario (650).