CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, tai como se expresa en e! títuio de esta memoria descriptiva, pertenece a !as áreas mecánica y electrónica. Particularmente a un sistema controlador de flujos. Específicamente a un sistema dosificador de fluidos, capaz de controlar la adición de cantidades exactas de dichos fluidos en las diferentes etapas de un proceso.

OBJETO DE LA INVECCIÓN

La presente invención, según se expresa en el títuio de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema modular dosificador de fluidos, el cual tiene como objetivo optimizar el proceso mediante el cual se agregan cantidades específicas de fluidos en diferentes puntos de una planta industrial.

A través del diseño e integración de módulos, se ha desarrollado un sistema capaz de iograr la adición controlada de las cantidades exactas de diversos fluidos, necesarios en determinadas etapas de un proceso industrial, como por ejemplo, la adición de reactivos en diferentes celdas de flotación en un proceso de extracción de minerales.

ANTECEDENTES

Actualmente, ei uso de bombas peristálticas para la adición de reactivos a las celdas de flotación es una práctica común en la industria minera. La desventaja de ese tipo de bombas es que, debido a su uso continuo, ei desgaste de ios componentes internos es notorio a partir de algunos meses después de su instalación, reduciendo la precisión en la cantidad de flujo bombeado,

El reemplazo de dichos componentes internos de una bomba peristáltica conlleva un paro en el proceso de dosificación. Dicho reemplazo debe ser realizado con frecuencia para conservar las cantidades específicas de flujo de los reactivos del proceso, entre cada 1 y 6 meses dependiendo del reactivo. A su vez, las bombas en sí mismas también sufren de desgaste, lo que implica un reemplazo total del equipo dosificador en un período entre ios seis meses y un año, A partir de esta necesidad, se han diseñado diversos dispositivos que permiten controlar el flujo de reactivos de diversas maneras. El documento con número de solicitud X/a/2013/005730 describe un dispositivo dosificador de fluidos para la minería, el cual consiste en un módulo lógico, un medidor de flujo y una válvula de control instalados en una estructura metálica. Dicho dispositivo permite programar su funcionamiento a través de una interfaz de usuario, logrando así una dosificación exacta del reactivo utilizando en conjunto el medidor de flujo y la válvula de control.

El documento US7712486B2 describe un sistema colector de montaje superficial modular que consiste en una conexión de accesorios de control de flujo a través de un puente, el cual está formado por pasajes que conectan los diferentes tipos de accesorios de control de flujo; ei cual podría ser utilizado para la distribución de un fluido de manera controlada.

Sin embargo, para lograr los resultados deseados, la industria minera requiere del funcionamiento simultáneo de varios procesos de extracción, lo que a su vez requiere la dosificación de reactivos en varios puntos de dichos procesos.

Lo anterior revela la necesidad de lograr la adición eficaz de uno o varios reactivos de manera exacta en cantidad y en tiempo; objetivo que aún no se ha cumplido a través de los dispositivos y sistemas que se encuentran actualmente en ei estado de la técnica, y que la invención presentada en esta memoria descriptiva logra a partir de un diseño novedoso e innovador.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS FIGURA i.~ Muestra la estructura externa propuesta para el sistema modular dosificador de fluidos, específicamente dos vistas isométricas del módulo lógico y de la estructura de alojamiento.

FISURA 2,- Muestra una vista lateral de la estructura de alojamiento propuesta para componentes menores.

FIGURA 3.- Muestra una vista isométrica posterior de la estructura de alojamiento propuesta para componentes menores.

FIGURA 4»- Muestra el diagrama de flujo correspondiente ai módulo dedicado.

FIGURA 5. ^» Muestra una vista superior de la estructura externa propuesta del módulo dedicado.

FIGURA i.- Muestra una vista superior de la estructura externa propuesta del módulo multipiexor. FIGURA 7,- Muestra una vista superior en detalle de Sa estructura propuesta para e! medidor de flujo del módulo multiplexor y sus accesorios.

FIGURA 8.- Muestra una vista superior en detalle de la estructura propuesta para las válvulas del módulo multiplexor y sus accesorios.

FIGURA 9. ^» Muestra el diagrama de flujo correspondiente ai móduio multiplexor.

FIGURA 10,- Nuestra un diagrama de flujo en detalle de la conexión del medidor de flujo con una sub-red del módulo multiplexor.

FIGURA 11.- Muestra un diagrama de flujo en detalle de una sub-red del módulo multiplexor.

FIGURA 12.- Muestra una vista lateral de la estructura externa propuesta del módulo multiplexor.

FIGURA 13.- Muestra una vista frontal de la estructura externa propuesta de una sub-red del módulo multiplexor.

FIGURA 14.- Muestra una vista superior de la estructura externa propuesta del módulo multiplexor, con flechas que indican las direcciones de flujo normal.

FIGURA 15.- Muestra una vista frontal de la estructura externa propuesta de una sub-red del móduio multiplexor, con flechas que indican las direcciones de flujo normal.

FIGURA 16»- Muestra una vista superior de la estructura externa propuesta del módulo multiplexor, con flechas que indican las direcciones de flujo desviado.

FIGURA 17.- Muestra una vista frontal de la estructura externa propuesta de una sub-red del módulo multiplexor, con fiechas que indican las direcciones de flujo desviado.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVE CIÓN

La presente memoria descriptiva divulga un sistema dosificador de fluidos que permite ia adición de cantidades exactas de diversas sustancias en ciertos puntos de un proceso según parámetros definidos por un operador.

El sistema divulgado comprende un módulo lógico (1), al menos un módulo de dosificación dedicado (3) y/o al menos un móduio de dosificación multiplexor (4). Los módulos de dosificación se encuentran instalados en al menos una estructura de alojamiento que brinda soporte durante su funcionamiento. Módulo Lógico

El módulo lógico (1) comprende un controlador, generalmente un controlador lógico programable PLC, y en circuitería electrónica característica de este este tipo de controladores que permite su correcto funcionamiento. Puede recurrirse al uso de otros tipos de controladores sin que esto limite las funciones del sistema dosificador. El módulo lógico puede contar con una pantalla LED o una pantalla táctil donde se muestra una interfaz gráfica de usuario a través de la cual es posible configurar los parámetros que rigen el funcionamiento del dosificador. También es posible que el módulo lógico no cuente con pantalla, y toda la programación y parámetros sean configurados desde su manufactura o desde la sala de control del proceso.

Además, cuenta con una placa de circuito impreso PCB (Printed Circuit Board) con que funciona como interfaz de conexiones eléctricas entre el controlador y los componentes electrónicos del sistema de dosificación, como válvulas de control y medidores de flujo. El uso de una PCB conlleva una reducción en los tiempos de manufactura y en las dimensiones y componentes del módulo lógico, el cual normalmente contendría además los accesorios propios de un controlador, por ejemplo, una pluralidad de ciernas que funcionen como protección eléctrica hacia el controlador,

Módulo Dedicado

Es un bloque (3) independiente de línea de tubería y accesorios que comprenden un transmisor de flujo (3a) y una válvula de control (3b), ambos instalados consecutivamente con el fin de proporcionar y controlar un flujo continuo de un fluido. Cuando sus dimensiones lo permiten, pueden instalarse hasta cuatro módulos dedicados dentro de la estructura de alojamiento para componentes menores (2a). Cuando los módulos dedicados son de grandes dimensiones, se utilizará una estructura de aiojamiento para componentes mayores (2b), la cual está dividida en dos sectores. Dentro de cada sector de la estructura de alojamiento (2b) se pueden instalar hasta cuatro módulos dedicados (3), siendo posible tener en el sistema hasta ocho flujos continuos controlados de manera independiente, cuatro en cada sector, Módulo Multiplexor

Este bloque (4) se compone de un medidor de flujo (4a) y arreglos de válvulas conectadas en una red con estructura de árbol. Las válvulas se encuentran instaladas en hasta seis sub- redes también llamadas módulos de dosificación multiplexores (4b).

Cada sub-red (4b) está conformada por una válvula de tres vías (4c), dos válvulas de control (4d) (4f) y una válvula de cierre (4e), instaladas consecutivamente en una placa de soporte (4g) con el fin de proporcionar y controlar un flujo de un fluido determinado. Las válvulas de control (4d) (4f) son instaladas en paralelo entre sí con el fin de poder utilizar la segunda de ellas (4f) a manera de desviación o bypass con la válvula de tres vías (4c) cuando la primera válvula de control (4d) se encuentra en mantenimiento. La válvula de cierre (4e) impide que el fluido se regrese por la línea cuando se realiza la desviación o bypass del flujo de la primera válvula de control (4d) hacia la segunda válvula de control (4f). Todas las sub-redes se encuentran conectadas a un único medidor de flujo (4a), el cual controla la cantidad de fluido que pasa por cada sub-red (4b).

Con este arreglo de sub-redes de distribución es posible diseñar un ciclo de dosificación que adicione un mismo fluido en cantidades diferentes o iguales en distintos puntos de un proceso según los cálculos realizados para su óptimo funcionamiento. El ciclo de dosificación estará definido por una cantidad de tiempo determinado, durante la cual el fluido será dosificado en determinadas cantidades de manera secuencia! a través de cada sub-red del módulo; con la ventaja de usar un solo medidor de flujo para toda la red.

Estructuras de Alojamiento

ES módulo lógico y los módulos de dosificación requieren de una estructura que brinde soporte mientras realizan sus funciones. Cuando ei arreglo de los módulos de dosificación y las dimensiones de sus respectivos componentes lo permite, éstos pueden ser instalados en una estructura de alojamiento para componentes menores (2a), utilizando un mismo armazón para el módulo lógico y para dichos módulos de dosificación. Cuando las dimensiones de los componentes exceden la capacidad de la primera estructura de alojamiento (2a), es posible utilizar una segunda estructura de alojamiento (2b), Esta estructura de alojamiento para componentes mayores (2b) es una torre está dividida en dos sectores (2c) (2d), uno a cada lado de la estructura, con el fin de mantener organizada la configuración de los módulos de dosificación y permitir el mantenimiento, remplazo o reubicación de uno de elfos dentro de la estructura de alojamiento (2b) sin afectar ai resto del sistema.

Los módulos están instalados de tai manera que forman un sistema de distribución tipo anifoíd o mu ticanal, el cual permite dosificar uno o varios fluidos en varios puntos de dosificación haciendo uso de Sos diferentes tipos de módulos dosificadores, cumpliendo con ¡os requerimientos de la industria donde vaya a utiiizarse el sistema.

Los módulos son intercambiables entre sí ya que se encuentran instalados en armazones o racks, de tai manera que la estructura del dosificador es flexible para realizar cambios en la configuración según las necesidades del proceso,

La adaptabilidad de la configuración permite que en cada sector (2c) (2d) de Sa estructura de alojamiento para componentes mayores (2b) puedan instalarse hasta cuatro módulos dedicados (3) o hasta dos módulos rnultipiexores (4), dependiendo del diámetro de tubería que sea utilizado en ios móduios. La estructura de alojamiento para componentes mayores (2b) puede configurarse para tener una combinación de módulos dedicados y módulos rnultipiexores en un mismo sector de ía torre.

¡MODALIDAD PREFERENTE DE LA IN ENCIÓ

El sistema dosificador de fluidos divulgado en esta memoria descriptiva está diseñado para aplicarse principalmente en la industria de la minería extractiva, especialmente en ios procesos de molienda y flotación, añadiendo determinados reactivos en las cantidades necesarias para lograr una óptima separación y extracción de los minerales involucrados en el proceso. Sin embargo, esto no es limitante para que este sistema sea utilizado en otro tipo de procesos que requieran dosificación de fluidos, por ejemplo, los que se llevan a cabo en las industrias de alimentos, bebidas, petróleo y gas.

Las válvulas de control (3b) utilizadas en los móduios dedicados (3) pueden ser válvulas solenoldes, las cuales permitirán o impedirán el paso del fluido a través del sistema hasta el lugar de! proceso donde es necesario añadir el reactivo.

Las válvulas de control (4d) (4f) utilizadas en cada red de un módulo multiplexor se definen según su posición en el módulo. La válvula de control ubicada en la línea principal de flujo (4d) puede ser una válvula solenoide conectada a la válvula de tres vías (4c) por un lado, y a una válvula de cierre (4e) por el otro lado. La segunda válvula de control (4f) instalada en paralelo a la válvula solenoide (4d) puede ser una válvula de aguja, la cual permite o impide el paso dei fluido cuando la válvula solenoide (4d) se encuentra en mantenimiento. Los parámetros de dosificación de! módulo lógico (1) pueden ser configurados de manera local a través de la interfaz gráfica de usuario (la), y de manera remota desde el cuarto de control del proceso. También es posible que el módulo lógico (1) ya haya sido configurado para seguir parámetros de dosificación programados desde el momento de su manufactura.

El cumplimiento de los parámetros de dosificación generalmente se logra a través de un lazo de control PID, cuyos parámetros se programan desde el momento del diseño y manufactura del equipo. Sin embargo, esto no limita al uso de otras estrategias de control que puedan lograr los mismos resultados,

Para iniciar el proceso de dosificación, el reactivo es extraído de tanques de almacenamiento a través de bombas o utilizando presión por gravedad, y transportado a través de conductos diversos hasta el sistema dosificados donde será medido y enviado hasta el punto del proceso donde es necesaria su aplicación.

En el caso de que el reactivo sea necesario en un solo punto de dosificación, el reactivo es dirigido a un módulo dedicado (3) donde el medidor de flujo (3a) y la válvula solenoide (3b) ajustan la cantidad de fluido que pasa por unidad de tiempo según los parámetros programados en el lazo de control P1D del módulo lógico (1), Enseguida, la válvula solenoide (3b) se abre para dejar pasar la cantidad de fluido a dosificar. Después de circular por el módulo dedicado (3), el fluido es conducido por diversos medios hasta el punto del proceso donde será adicionado. Los medios pueden ser mangueras, tuberías u otros dispositivos de dimensiones y material adecuados para transportar el fluido.

Para un proceso donde es necesario dosificar un mismo reactivo en varios puntos de dosificación, el reactivo es dirigido hacia un punto de entrada (4h) de un módulo multiplexor (Figuras 10, 11 y 12) donde el medidor de flujo (4a) y la válvula solenoide (4d) ajustan la cantidad de fluido que pasa por unidad de tiempo por medio de un lazo de control PID, según las instrucciones programadas en el módulo lógico (1). El reactivo se dirige a la válvula de tres vías (4c) de una primera sub-red (4b), normalmente cerrada para la válvula de aguja (4f) y abierta para la entrada del reactivo y para la válvula solenoide (4d). El fluido pasa por la válvula solenoide (4d) para circular por último a través la válvula de cierre (4e) hacia el punto de salida (41) de la sub-red.

Para un proceso donde es necesario dosificar un mismo reactivo en varios puntos de dosificación y la válvula solenoide (4d) se encuentra en mantenimiento, el reactivo es dirigido a un módulo multiplexor (Figuras 10, 11 y 12) donde el operador ajusta una cantidad de flujo definida por medio de la válvula de ajuga (4f). El reactivo se dirige a la válvula de tres vías (4c) de una primera sub-red (4b), normalmente cerrada para la válvula soienoide (4d) y abierta para la entrada del reactivo y para la válvula de aguja (4f). El fluido pasa por la válvula de aguja (4f) para circular por último a través un conducto hasta el punto de salida (4h) de la sub-red.

Después de circular por la sub-red (4b), el reactivo es conducido por diversos medios hasta e! punto del proceso donde será adicionado. Los medios pueden ser mangueras, tuberías u otros dispositivos de dimensiones y material adecuados para transportar el fluido.

La misma serie de pasos es seguida para cada sub-red del módulo, funcionando una después de otra, haciendo circular una cantidad determinada de reactivo cada vez. Mientras una sub-red se encuentre en funcionamiento, las válvulas solenoides del resto de las sub- redes permanecerán cerradas, siendo el módulo lógico quien determina e! orden en que deben abrirse y cerrarse para permitir la dosificación del reactivo, de tal manera que nunca hay dos válvulas solenoides abiertas al mismo tiempo,

El período óptimo encontrado para el funcionamiento del módulo muitiplexor es de un minuto según los estándares industriales internacionales actuales de dosificación, que dictan la dosificación en unidades de volumen por minuto. Lo anterior implica que el módulo lógico divide dicho minuto entre las diversas etapas que requieren del reactivo, y realiza los cálculos necesarios para determinar el funcionamiento de! medidor de flujo, el cual permitirá circular por cada sub-red la cantidad de flujo especificada por el módulo lógico.

Por ejemplo, si para un proceso es necesario adicionar las cantidades de 200 cm ³ /min, 300 cm ³ /min y 500 cm ³ /min del mismo reactivo en tres puntos de dosificación distintos en un proceso, el módulo lógico determina que requiere dosificar un litro de reactivo en un minuto. Se activa el funcionamiento de tres sub-redes de manera secuencial, correspondientes a las tres cantidades programadas en el módulo lógico. La primera sub-red tendrá un tiempo de doce segundos para dosificar los 200 cm ³ . La segunda sub-red se activará durante dieciocho segundos para dosificar los siguientes 300 cm ³ . Y la tercera sub-red dosificará los 500 cm ³ restantes en un tiempo de treinta segundos; completando la dosificación del total de un litro en un tiempo de un minuto.

Es necesario aclarar que la apertura y clausura de válvulas requiere una cantidad tiempo, la cual es mínima pero debe ser considerada. Debido a lo anterior, se contempla un factor de seguridad de i segundo por válvula soienoide para permitir que el ciclo de dosificación se cumpla correctamente. Algunas de las indicaciones y requisitos que es necesario cumplir para la instalación del sistema dosificador son la utilización de tornillos abiertos colocados en el suelo, no se necesitan zapatas y se requieren diversas conexiones de mangueras y tuberías para el transporte de los fluidos desde su lugar de almacenamiento hasta el sistema dosificador y de ahí hacia los puntos de dosificación.

El sistema dosificador es instalado en el lugar donde el ingeniero de procesos considere adecuado según la ubicación de los equipos que recibirán la dosificación de reactivos. La instalación debe realizarse en interiores y en condiciones normales de humedad y temperatura; ésta última deberá ser siempre menor a 60°C. También es requerido que el nivel del suelo sea horizontal. Si la instalación del sistema dosificador se realiza en exteriores, es necesario el levantamiento de una caseta para el resguardo del equipo.

VENTAJAS E I IMOVACIÓn DE LA INVENCIÓ

Las ventajas que presenta el uso de este sistema dosificador de fluidos respecto a los otros sistemas existentes en el mercado son diversas.

Primeramente, se trata de un sistema modular, lo cual permite configurarlo de acuerdo a las necesidades de dosificación de fluidos de la industria, seleccionando el tipo de módulo que se utilizará para cada fluido según el número de puntos de dosificación donde éste deba adicionarse. Debido a este diseño innovador, es posible operar la dosificación de reactivos de una manera efectiva, exacta y sencilla, a través de un sistema de distribución controlado con una interfaz de usuario fácil de usar.

La característica de modular también le otorga facilidad de mantenimiento y reemplazo de uno o más elementos de control (válvulas y medidores de flujo) de un módulo dosificador sin afectar el arreglo general de distribución del sistema, ya que las líneas que comunican dichos elementos de control se encuentran por dentro de la estructura, mientras que las conexiones se hacen de manera superficial,

Además, se evita un contacto directo del operador con el fluido a través de un equipo instrumentado, cuyos componentes y accesorios brindan precisión y exactitud en los flujos dosificados.

En cuanto a su operación, el sistema es flexible para que se pueda realizar un control manual, remoto o automático, según las necesidades del operador y de la planta que aloja el proceso. El tiempo necesario para dar un mantenimiento menor aumenta hasta 6 meses. De la misma manera, un mantenimiento mayor es necesario hasta después 2 años, Ei reemplazo de! equipo se aconseja luego de 5 años de uso, con el fin de conservar la exactitud de la dosificación,

El tiempo promedio para efectuar una recalibración de! equipo se extiende hasta los 6 meses, comparado con la recalibración en un período de hasta cada 2 semanas que requieren los equipos que usan bombas peristálticas.

El aumento de los tiempos necesarios para el mantenimiento y la recalibración logran a su vez una disminución de! uso de recursos económicos y recursos humanos para realizar dichas actividades,