MEMORIA DESCRIPTIVA

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un dispositivo sensor inalámbrico para detectar la posición de abertura o cierre, así como el correcto funcionamiento de una válvula dispuesta en una red de conductos de flujo de pulpa de mineral de una planta de procesamiento de mineral en la industria minera.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Las plantas concentradoras de minerales mueven enormes volúmenes de mineral, los cuales deben ser chancados y molidos siendo mezclados con grandes volú menes de agua y reactivos para ser transportados como pu lpa a través de una red de tuberías o conductos de flujo de pulpa de minerales que fluyen entre la concentradora (flotación primaria, limpieza y barrido) , espesadores de concentrado y espesadores de relave, entre otros. Los flujos de pulpa son controlados por válvulas que forman parte de las redes de tuberías, las cuales permiten o impiden el paso de la pulpa hacia tuberías que alimentan las diversas plantas y/o equipos.

La composición de la pulpa que fluye a través de las redes de tuberías posee una composición de mineral, lo cual hace que dicha solución sea muy abrasiva, produciendo un desgaste prematuro en las válvulas, lo cual sumado a los volúmenes transportados y presión, producen grandes deterioros en las cuchillas de las válvulas que proporciona el cierre de una tubería para el paso de la pulpa. Adicionalmente, la pulpa tiende a trabar el accionamiento de la cuchilla, dificultando su cierre o abertura, quedando semiabierta la válvula, exponiendo parte de la cuchilla al flujo de la pulpa que la deteriorara, produciendo el fallo prematuro de la válvula. Una planta concentradora de minerales que produce 240 mil toneladas al año de cobre fino, requiere de procesar aproximadamente 25 millones de toneladas de mineral, con una ley promedio de 1 %, lo que implica qu e el volumen total de pulpa de mineral que se mueva a través de la red de tubería en que fluye la pulpa de mineral, es de aproximadamente 200 mil metros cúbicos, comprendiendo aproximadamente 400 válvulas dicha red.

En la actualidad, la mantención de estas válvulas se realiza con un plan maestro de mantención, de acuerdo a una vida útil estimada y de acuerdo a los presupuesto de mantención, sin embargo, se ha detectado que aproximadamente el 80 % de las ordenes de mantención no planificadas en una planta concentradora de mineral corresponden a fallas de válvulas, lo que implica que el tiempo de detención de la planta es de aproximadamente 2 días para solucionar el problema, lo que se traduce en una perdida por producción. Es conocido, en las tácticas de mantención, que un trabajo planificado consume 5 veces menos de tiempo y costos que un trabajo reactivo.

El correcto funcionamiento de las válvu las en los procesos de concentración se debe asegurar, para lo cual es necesario mon itorear sus condiciones de operación en forma constante, evitando de esta forma la falla de estos equipos.

En la actualidad, el mon itoreo de las válvulas en una planta concentradora de mineral es realizada a través sensores para válvula, que se d ivide en dos tipos, los que miden la apertura o cierre de la válvula, y el monitoreo de las condiciones de operación de la válvula. Para detectar la apertura y cierre de las válvulas, se emplean sensores inductivos de final de carrera para válvulas on/off, sensores de posición de válvulas par válvulas de apertura variable. Normalmente, las válvulas del tipo on/off de cuchillas son las utilizadas en las plantas concentradoras de minerales y con las cuales son utilizados normalmente sensores de inducción que se encuentran configurados básicamente por un una pieza metálica que es dispuesta en la cuchilla de la válvula, que sube y baja conjuntamente con el cuchillo, y por sensores dispuesto por el exterior de la válvula que detectan el movimiento de la pieza metálica, estableciendo la apertura o cierre de la válvula, los sensores son conectados mediante cables y conexiones (Figura N°1) .

Debido al ambiente agresivo en el cual se encuentran instaladas las válvulas, tal como se puede apreciar en la figura 2 a modo de ejemplo, los sensores de inducción que actualmente son utilizados en las plantas concentradoras fallan por la existencia de pulpa y mineral que chorrea sobre ellos, por las vibraciones de las válvulas que los descalibran o alejan de la posición de detección, o por daño mecánico. El monitoreo de las condiciones de operación de las válvulas no es una condición usual en las plantas de concentración de minerales ya que es muy costosa.

Por lo tanto, una necesidad en la técnica dice relación con el poder contar con un d ispositivo sensor cuya configu ración permita evitar el utilizar cables, de forma tal que no sea vea afectado por las condiciones agresivas en las cuales tiene que operar dicho sensor.

Una solución en la técnica es la divulgada en el documento US 20101 16365 A1 , de MCCARTY MICHAEL, publicado con fecha 13/05/2010, que describe un indicador de posición de una válvula legible remotamente, que incluye un dispositivo identificador inalámbrico acoplado a un eje o vástago de válvula para moverse con el eje o vástago de la válvula, el dispositivo identificador inalámbrico transmite la información indicativa de la posición del eje o vástago de la válvu la hacia un lector electrónico inalámbrico remoto, el indicador de posición de la válvula además incluye un cuerpo cobertor, el dispositivo transmite la información hacia el lector electrónico inalámbrico cuando el eje o vástago de la válvula está en una primera posición y cuando el eje o vástago está en una segunda posición. Si bien es cierto que la configuración del dispositivo identificador de posición de una válvula es inalámbrico, evitando al utilización de cables, sin embargo por la disposición del lector electrónico en el vástago, lee un ind icador dispuesto en una parte del cuerpo de la válvula, donde en ambientes sucios de operación, como el de una planta de concentración de minerales, se ve afectada la lectura al ensuciarse la zona de lectura del lector, así como la lectura será afectada por las vibraciones de la válvula, no siendo este sistema efectivo y oportuno de utilizar en válvulas de una planta de concentración de minerales. Por lo tanto, existe la n ecesidad de proporcion ar un dispositivo sensor inalámbrico que permita monitorear el correcto funcionamiento de un válvula de una red de tuberías de flujo de pulpa de una planta concentradora de minerales, cuya configuración permita registrar, medir y transmitir datos de la abertura y cierre de la válvula así como monitorear el correcto funcionamiento de la válvula, de forma tal que las información que registra, mide y transmite dicho dispositivo sensor pueda ser controlado y monitoreado en forma centralizada, para poder determin ar el correcto funcionamiento de la válvula, así como predecir y prevenir el fallo de la válvula, logrando así proporcionar información del estado de funcionamiento de las válvulas para programar mantenciones predictivas y/o preventivas.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

El objeto primario de la invención es proporcionar un dispositivo sensor para válvulas que son dispuestas en una red de conductos en el que fluye pulpa de mineral cuya forma y configuración permita proporcionar la información necesaria del estado funcionamiento de la válvula para evitar sus fallas.

Otro objeto de la invención es proporcionar un dispositivo sensor para válvulas que posea una configuración compacta, inalámbrica y autónomo.

Aún otro objetivo de la invención , es proporcionar un dispositivo sensor inalámbrico para válvulas de una red de conductos de flujo de pulpa de mineral, que permita ser incorporado a un sistema de mon itoreo y control centralizado de las válvulas, que de acuerdo a los datos registrados y transmitidos de dicho dispositivo permita controlar en forma preventiva y/o predictiva el funcionamiento de dichas válvulas, así como programar la mantención preventiva de estas en base a la información procesada, de forma de evitar las fallas de las válvulas.

Para lograr dichos resultados, la invención consiste en un dispositivo sensor ( 1) inalámbrico para válvulas de una red de conductos de flujo de pulpa de mineral que permite registrar, medir y transferir datos de la abertura y cierre de la válvula así como del funcionamiento de la válvula para procesar dicha información que permite controlar en forma preventiva y/o predictiva el funcionamiento de dichas válvulas en forma remota, donde el dispositivo sensor inalámbrico una forma y configuración compacta, sencilla y autónoma conformada por al menos un medio sensor inalámbrico (2), y al menos un medio de soporte de sensor (3).

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del modelo de utilidad , de acuerdo con un ejemplo preferente de la realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de la descripción , un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado el modelo de utilidad.

La figura 1 corresponde a una perspectiva de un sensor de inducción de la técnica instalado en una válvula de una red de tubería para conducción de pulpa de mineral.

La figura 2.- corresponde a una vista del ambiente en el cual se operan normalmente los sensores de las válvulas del estado de la técnica.

La figura 3.- corresponde a una vista en despieces del dispositivo sensor para válvulas del modelo de utilidad.

La figura 4.- corresponde a una vista frontal de los componentes que comprende el dispositivo sensor de válvula del modelo de utilidad.

La figura 5.- corresponde a una vista frontal de una válvula con el dispositivo sensor de válvulas instalado. La figura 6.- corresponde a una vista en perspectiva del dispositivo sensor de válvula instalado en una válvula que muestra una válvula en esta abierto y una válvula estado cerrado.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCION.

El dispositivo sensor ( 1) inalámbrico para válvulas de una red de conductos o tuberías de flujo de pulpa de mineral que permite registrar, medir y transferir datos de la abertura y cierre de la válvula así como del funcionamiento de la válvula, para procesar dicha información, que permite controlar en forma preventiva y/o predictiva el funcionamiento de dichas válvulas en forma remota, donde el dispositivo sensor inalámbrico posee una forma y configuración compacta, sencilla y autónoma conformada por al menos un medio sensor inalámbrico (2), y al menos un medio de soporte de sensor (3).

A modo de ejemplo, en una realización preferida, de acuerdo a lo ilustrado en las figuras 3 y 4, el medio sensor inalámbrico (2) comprende al menos un sensor de inclinación y aceleración (4) de al menos dos ejes que va montado en un elemento de protección (5) , tal como por ejemplo una caja estanca, donde además el medio sensor inalámbrico incluye montado dentro del elemento de protección (5) componentes electrónicos, tal como controladores, acelerómetros, antena de transmisión y baterías. En una forma de realización del dispositivo sensor inalámbrico, el sensor de inclinación y aceleración (4) es de tres ejes.

El medio de soporte sensor (3) comprende un cuerpo (6) que posee dos extremos opuestos (7, 8) y una parte central (9) desde la que se extienden dichos extremos opuestos. La parte central se encuentra configurada de un tamaño tal que es equivalente o bien algo mayor que el tamaño del elemento de protección (5) que comprende el medio sensor inalámbrico (2) , para proporcionar una superficie de soporte y fijación de dicho elemento de protección (5) que posee en su interior los acelerómetros, componentes electrónicos, controladores, antena, baterías, entre otros componentes, para ser fijados al medio de soporte sensor (3) . Los extremos opuestos (7, 8) comprenden un orificio ( 10) de fijación . En una modalidad al menos un extremo opuesto (7, 8) puede comprender una ranura (1 1 ) de fijación alargada que abarca la longitud que posee dicho extremo.

El dispositivo sensor de válvula (1 ) comprende además medios de fijación (12, 13) a la válvula que permite fijar los extremos opuestos (7, 8) del medio de soporte sensor (3) de forma que permita mantener un movimiento del dispositivo sensor inalámbrico (1 ) de acuerdo a un grado de inclinación en respuesta al movimiento de la compuerta de la válvula, tal como se aprecia en forma esquemática en la figura 6. De acuerdo a lo anterior un medio de fijación (1 2), el cual puede ser giratorio, es unido a la estructura de la válvula (14) y el orificio (10) de fijación del extremo (7) del medio de soporte sensor (3) es fijado a dicho medio de fijación (1 2) proporcionando unión en dicho punto de unión que permite la movilidad del soporte de sensor (3) de acuerdo al movimiento del vástago principal ( 15) de la válvula. El otro medio de fijación ( 13), el cual puede ser g iratorio, es fijado al vástago principal (15) de la válvula y la ranura ( 1 1 ) alargada u orificio del extremo opuesto (8) es fijado a dicho medio de fijación ( 13), de forma que en dicho punto de un ión permite una movilidad del soporte de sensor (3) para que siga el desplazamiento y/o movimiento del vástago principal (15) de la válvula. De esta forma el dispositivo de sensor inalámbrico (1 ) sigue o adopta el movimiento de cierre o abertura de la válvula.

El dispositivo sensor inalámbrico de válvula ( 1) se encuentra configurado como un sensor de inclinación y aceleración en al menos dos ejes, de esta forma se logra traspasar al sensor las vibraciones de la válvula, así como las variaciones de ángulo de apertura y cierre de la válvula, donde en operación, a medida que se mueve el vástago de la válvula el dispositivo sensor inalámbrico varia su ángulo. Al menos un acelerómetro de dos ejes (X e Y) detecta como actúa la fuerza de gravedad al inclinar el dispositivo, es decir, por ejemplo, cuando el dispositivo se encuentra en posición vertical, el acelerómetro del eje Y detecta una fuerza de - 1 G mientras que el acelerómetro del eje X detecta una fuerza de 0G, al disponer el dispositivo en posición horizontal se modifican las fuerzas, siendo el eje X qu ien detecta ahora una fuerza de +1 G mientras que el acelerómetro del eje Y detecta una fuerza de 0G. Al ir variando de una posición a otra, tal como se puede apreciar a modo de ejemplo en la figura 6, el dispositivo sensor inalámbrico de válvula, las aceleraciones que miden los acelerómetros van variando, lo que genera una serie de registros y/o datos que miden, calculan y envían en forma inalámbrica la cual que es recibida en un tablero externo inteligente (16) (ver figuras 3 y 6) que recopila la información que envía el dispositivo sensor inalámbrico (1 ). Al estar fijado el dispositivo sensor directamente a la estructura de la válvula, es decir vástago y soporte de válvula, los acelerómetros como medios sensores miden además las vibraciones de la válvula que permiten verificar el buen funcionamiento de la válvula.

En funcionamiento el dispositivo sensor de válvula (1 ), que se encuentra fijado a través de un extremo de su cuerpo al cuerpo de soporte de la válvula y través de su extremo opuesto al vástago de la válvula, lo cual se puede apreciar a modo de ejemplo en la figura 5, permite que el dispositivo sensor inalámbrico (1 ) se encuentre unido pero libre de movimiento giratorio en dichos puntos de unión y/o fijación para seguir el movimiento del vástago principal ( 15) , circunscribiendo un recorrido en un ángulo a que se forma entre el punto de unión y/o fijación del dispositivo sensor inalámbrico al soporte de válvula (14) y las proyecciones de los ejes los ejes longitudinales X ^' e Y ^' del dispositivo sensor inalámbrico (1 ) en las diferentes posiciones que adopta entre una condición abierta y cerrada del vástago principal (1 5) de la válvula (figura 5 y 6), con lo cual los acelerómetros miden, reg istran y transmiten una serie de datos los cuales son recepcionados en el tablero externo inteligente (1 6), dispuesto en las cercanías de las válvulas, que procesa y transmite en forma remota hacia un control central en donde dicha información se registra, procesa y mon itorea para determin ar la abertura y cierre de la válvula así como el buen funcionamiento de ésta.

Los datos medidos, registrados y transmitidos desde el dispositivo sensor inalámbrico, así como desde el tablero inteligente externo hacia control central, corresponde a una pluralidad de señales en el tiempo que generan una matriz que permiten identificar claramente las diferentes condiciones en la operación de la válvula, los cuales a modo de ejemplo se puede observar en los gráficos 1 y 2. 1 Gráfica de puntos de las mediciones de vibración y de apertura de la válvula medidos, registrados y enviados por un dispositivo sensor inalámbrbo de válvula del modelo de utilidad.

El g ráfico corresponde a úna medición reg istrada por un dispositivo sensor inalámbrico instalado en una válvula durante un periodo de tiempo determinado, de acuerdo a lo descrito en la presente solicitud, donde se aprecia una matriz de puntos dentro de un rango de ángulos determinados, correspondiendo dicho registro a tiempo determin ado y a una condición de abertura o cierre determinada de la válvula, sin embargo, dicha pluralidad de puntos que representan las señales transmitidas por el sensor en dicho rango de ángulos determinado representan las vibraciones de la válvula, que al mantenerse en el tiempo no muestra una alteración mayor en el funcionamiento de la válvula que permite determinar el correcto funcionamiento de la válvula, sin embargo, al realizar un movimiento en el vástago de la válvu la, ya sea para su abertura o cierre dicho enjambre de matriz de puntos en su conjunto se traslada a otro intervalo de rango de ángulos ya sea mayor o menor que representan el periodo en que el vástago de la válvula fue accionado para abrir o cerrar la válvula.

El monitoreo del funcionamiento de la válvula es registrado a través de la serie de datos que son transmitidos desde el dispositivo sensor inalámbrico que al momento por ejemplo de no existir flujo de material, las vibraciones disminuyen lo cual se ilustra en el siguiente g ráfico. 2.- Gráfico de puntos de las mediciones de vibración y de apertura de la válvula medidos, registrados y enviados por un dispositivo sensor inalámbrbo de válvula del modelo de utilidad.

Esta información es transmitida desde el dispositivo sensor inalámbrico hacia el tablero el cual retransmite la información en forma remota como una pluralidad de datos y/o señales como los mostrados en los gráficos 1 y 2, para ser decepcionados, reg istrados y procesados en una central de control para determinar el estado en que se encuentra una válvula, cerrada o abierta, así como para verificar su funcionamiento, y lo cual se despliega a modo de ejemplo de acuerdo a la siguiente imagen.

El dispositivo sensor inalámbrico del modelo de utilidad permite, a través de su forma y configuración, detectar con el mismo dispositivo si la válvula se encuentra abierta o cerrada, así como la condición de operación de ésta, es decir, identifica si la válvula se encuentra operando correctamente o presenta condiciones que conllevan el realizar una mantención, ya que el estar constantemente mon ¡toreando las condiciones de la válvula, genera una serie de señales y datos que permiten establecer parámetros irregulares que adviertan la mantención predictiva y/o preventiva, minimizando la ocurrencia de fallas, eliminando las detenciones de la planta no programadas que se producen actualmente por estas falla. El dispositivo sensor para válvulas a ser inalámbrico evita fallas por conductividad o desconexión, así como disminuye los riesgos de manipulación .

Si bien la forma y configuración del dispositivo sensor inalámbrico para válvulas de una red de flujo de pulpa de mineral aquí descrito constituye una inclusión preferida de este modelo de utilidad, se debe entender que el modelo de utilidad no se limita a esta forma y configuración precisa de dispositivo sensor inalámbrico, y que se pueden hacer cambios en éste sin apartarse del alcance del modelo, que se definen en las reivindicaciones adjuntas.