SISTEMA DE MONITOREO EN TIEMPO REAL DEL DESGASTE DE NERVIOS DE PARRILLAS DE MOLINOS SEMIAUTÓGENOS, DE DETECCIÓN DE CONDICIONES DE CEGADO DE PARRILLAS DURANTE LA OPERACIÓN Y DETECCIÓN DE CONDICIONES DE TRABAJO CON GOLPE DIRECTO DE BOLAS EN LAS PARRILLAS CAMPO TECNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema de monitoreo en tiempo real del espesor de los nervios, la detección de impactos no deseados sobre una parrilla y la obstrucción de las ranuras de una parrilla de un molino semiautógeno (SAG) para la molienda de minerales, mientras éste está en funcionamiento. El funcionamiento de este sistema, tiene como base principal, la detección y análisis de la frecuencia de vibración natural de los nervios de la parrilla y su relación con el espesor de los nervios y la condición de rigidez que genera la obstrucción de los slots con los medios de molienda. El sistema está conformado básicamente: por un sensor de vibración; por un módulo de transmisión de datos en forma inalámbrica; y un módulo de recepción de esta señal. Debido a que el sensor de vibración es introducido dentro del molino SAG para la obtención de las mediciones, este hecho deriva en que este sensor debe tener ciertas características tanto en frecuencia como en máximo aguante de impacto. Este sistema además permite detectar condiciones de golpe directo de bolas sobre las parrillas, con lo cual se pueden tomar acciones para eliminar esta condición de trabajo o minimizarla para evitar la fractura de las parrillas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Durante las operaciones de un molino SAG, al igual que los otros componentes al interior de éste, las parrillas sufren desgaste producto del movimiento de la carga interna que genera acciones abrasivas sobre los revestimientos y golpes directos que generan los elementos de molienda, bolas de acero. Por otro lado, durante la operación de un molino, variaciones en el contenido de carga interna, por efectos de granulometría del mineral de alimentación o dureza del mineral, provocan variaciones en la composición de la carga interna. Si estas variaciones significan una disminución de la proporción de mineral que hay al interior, queda en el molino una proporción mayor de bolas de molienda, lo que aumenta la exigencia mecánica de los componentes, en especial las parrillas que sufren un exceso de golpes de elementos que están destinados a golpear el mineral. Esta condición puede provocar que los golpes de las bolas contra las parrillas generen un desgaste mayor al que tienen normalmente, o bien alcancen los niveles de resistencia estructural provocando la fractura de estos elementos, especialmente en la última etapa de su vida útil.

La fractura de una parrilla de descarga obliga a la detención del molino por períodos de cuatro a doce horas (o más), dependiendo del tamaño del molino y de la magnitud del daño de estos componentes, lo cual repercute en importantes pérdidas de producción.

El control de las condiciones en que se encuentran los componentes de los revestimientos de un molino se hace deteniendo el molino para inspección, generando una pérdida de producción importante. En estas detenciones se chequea visualmente la condición de estos elementos y se mide el espesor de los nervios de las parrillas para establecer el remanente de vida útil.

En dichas inspecciones, también es posible encontrar situaciones de cegado de las parrillas de descarga, debido a que las bolas quedan incrustados en las ranuras de la parrilla, impidiendo que el mineral que ha alcanzado el tamaño del slot sea descargado normalmente en el proceso. Esta condición se refleja en una disminución de la capacidad de tratamiento del molino, debido al aumento del tiempo de retención del mineral en su interior, lo que se traduce en importantes pérdidas de producción.

Han existido varios intentos en el estado del arte por monitorear en tiempo real, durante la operación del molino, las condiciones en que se está efectuando la molienda. Así por ejemplo, el documento US 6,874,364 (Campbell et al.) publicado el 05 de Abril de 2005, divulga un sistema para monitorear ondas mecánicas de una máquina que tiene en operación partículas en movimiento, en donde el sistema incluye al menos un sensor situado en la máquina en un lugar lejos del eje central de la máquina, los sensores están destinados para detectar las ondas acústicas e incluye un transmisor para transmitir señales que representan las ondas mecánicas detectadas a un receptor en un lugar remoto del sensor(s), un procesador de datos conectado con el receptor, para recibir las señales del receptor que representan las ondas mecánicas y el procesamiento de las señales para producir señales de salida para su visualización en una pantalla, en donde las señales de salida representan a uno o más parámetros indicativos de las ondas mecánicas emitidas por la máquina durante un período predeterminado de tiempo.

El documento US 5,698,797 (Fontanille et al.) publicado el 16 de Diciembre de 1997, divulga un dispositivo de monitoreo de un molino de bolas, que contiene una masa de bolas que se disponen, durante la rotación del molino a su velocidad normal, entre dos generatrices (Ib, Ib) espaciadas en un ángulo α mínimo y en un ángulo máximo y una masa de carbón que se dispone, durante la rotación del molino a su velocidad normal, entre dos generatrices (le, le) espaciadas en un ángulo β, que comprende un emisor de ondas, elegidas de entre las ondas electromagnéticas, que puede estar dispuesto en el interior del molino, y medios receptores de tales ondas, en donde dichos medios receptores están asociados a un circuito electrónico de determinación de parámetros que corresponden a la cantidad de bolas, la cantidad de carbón y el desgaste de la envoltura, pudiendo estos medios estar dispuestos en el exterior del molino de tal forma que detecten las ondas frente a una generatriz Ib y las ondas frente a la generatriz Ib, correspondientes al ángulo mínimo, para determinar la cantidad de bolas; que detecten las ondas en el exterior de los sectores angulares máximos y β, para determinar el desgaste de la envoltura; y que detecten las ondas en el sector angular β no común al sector angular para determinar la cantidad de carbón. Los medios receptores de ondas están dispuestos rotativos alrededor del eje longitudinal de la envoltura en un sector angular superior al sector angular que engloba α y Q>. 3. En este sistema el emisor está dispuesto en el eje longitudinal de la envoltura siendo dicho emisor, un emisor de fotones gamma. El circuito electrónico de determinación de la cantidad de bolas comprende, por cada generatriz (Ib, Ib), un convertidor y un linealizador, asociándose las señales de cada linealizador para realizar el cálculo de la cantidad de bolas. El circuito electrónico de determinación del desgaste de la envoltura comprende un convertidor asociado a un dispositivo de lectura del grado de desgaste.

El documento DE 4215455 (Godler) publicado el 18 de Noviembre de

1993, divulga un sistema con sensores de señales de sonido que se produce en respuesta al ruido generado por la planta moledora y que son analizados para producir un valor de medición para el estado de funcionamiento de la planta. El estado de funcionamiento se mide en el nivel del molino. El sistema para analizar el ruido forma un espectro de ruido y contiene un dispositivo de transformación rápida de Fourier. También contiene un dispositivo que forma el promedio del espectro durante un largo período de tiempo. Este sistema permite determinar el rendimiento de molino, especialmente molino de piedras, para ser optimizado y mejorar la calidad del material elaborado.

Los tres documentos arriba descritos, divulgan métodos y aparatos que detectan ruido y lo correlacionan para determinar algunas propiedades de funcionamiento. Sin embargo, ninguno de ellos enseña cómo detectar espesor de los nervios de las parrillas de descarga de un molino SAG, ni mucho menos cómo instalarlas en su interior.

Por lo anterior, el objetivo de este invento, es proporcionar un sistema de monitoreo, que permita determinar: el espesor de los nervios, condiciones de impactos no deseados sobre las parrillas y la obstrucción de las ranuras de una parrilla para un molino SAG para la molienda de minerales, mientras éste está en funcionamiento.

Otro objetivo de esta invención, es poder detectar condiciones de golpe directo de bolas sobre las parrillas, con lo cual se pueden tomar acciones para eliminar esta condición de trabajo o minimizarla.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Los dibujos que se acompañan, se incluyen para proporcionar una mayor compresión de la invención, constituyen parte de esta descripción y además ilustran parte del arte previo y algunas de las ejecuciones preferidas, para explicar los principios de esta invención. La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una parrilla con la cara de la superficie frontal o superficie de presentación del mineral en este componente, que está directamente en contacto con la carga interna de mineral y bolas en movimiento.

La figura 2 muestra una vista en perspectiva de una parrilla en su cara posterior, que está en contacto con el mineral que ha logrado pasar a través de los slots de la parrilla y se acumula en el cajón de descarga (pulp lifter) para posteriormente ser evacuado desde el interior del molino.

La figura 3 muestra una vista ampliada de la figura 2, ilustrando la localización preferente del sensor del sistema de monitoreo de la presente invención.

La figura 4 muestra una vista en medio corte de un molino, ilustrando la tapa y los pernos de sujeción de ésta.

La figura 5 muestra una vista esquemática de una parrilla y la tapa de un molino semiautógeno para la molienda de minerales, con una perforación de uno de los pernos de sujeción de de dicha tapa.

La figura 6 muestra un diagrama de bloque del sistema de monitoreo de la presente invención.

La figura 7 muestra una vista esquemática de una primera ubicación del sensor del sistema de monitoreo de la presente invención.

La figura 8 muestra una vista esquemática de una primera ubicación del sensor del sistema de monitoreo de la presente invención.

La figura 9 muestra una perspectiva esquemática de la instalación del acelerómetro en la parrilla.

La figura 10 muestra una perspectiva de una parrilla sometida a calibración, para luego ser instalada en el molino.

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema de monitoreo en tiempo real del espesor de los nervios de una parrilla para un molino SAG, la detección de impactos no deseados durante la operación y la obstrucción de sus ranuras, mientras el molino está en funcionamiento. El funcionamiento de este sistema, tiene como base principal, la relación entre el espesor de los nervios con su vibración natural.

En la figura 1 , se muestra una parrilla (1) la que tiene una superficie de cribado (2) que posee un levantador central (3). En la superficie de cribado existe una pluralidad de ranuras (4) que tienen un nervio que las conforma, con la resistencia estructural suficiente para contener la carga interna en movimiento y permitir que el mineral que alcanza el tamaño de la abertura salga del molino hacia el cajón de descarga. Entre dichas ranuras (4) se generan los nervios (5) los cuales están sometidos a desgaste abrasivo principalmente. Cuando la operación de molienda se descontrola, se produce un golpe de los elementos de molienda, que por lo general son bolas de acero de gran tamaño (hasta 6 pulgadas [equivalente a 15,3 centímetros] actualmente), en la superficie de los nervios (5) provocando la fractura de éstos en ciertas ocasiones. Asimismo, en las ranuras (4), se puede producir obstrucción por bolas que quedan atascadas entre éstas, con lo cual el mineral no es descargado desde el interior del molino.

Es por este motivo que se hace necesario monitorear en tiempo real lo que está sucediendo con las ranuras (4) y los nervios (5).

La figura 2, muestra una vista posterior de la parrilla (1), donde se ilustra la superficie exterior (7) de la parrilla, no expuesta a los golpes. Centralmente estas parrillas tienen un canal central (6) donde calzan los elementos soportes y que permiten sujetar la parrilla al interior del molino, usando pernos de sujeción.

Dado que la superficie exterior (7) no está sometida a golpes, se hace factible la ubicación de algún tipo de sensor que permita asociar algún tipo de parámetro al espesor de los nervios (5).

El principio de este invento, está basado en el hecho que si un nervio (5) que tiene un determinado espesor, es golpeado por una bola de acero, éste vibra con su frecuencia natural. Si el espesor cambia, dicha frecuencia natural también cambiará.

Para poder detectar la frecuencia de vibración de un nervio, se utiliza como sensor de vibración un acelerómetro. El acelerómetro es un transductor que mide la aceleración con que este es afectado por medio de alguna fuerza y su movimiento de efecto.

En general los acelerómetros están hechos especialmente para medir tipos de vibración en objetos a los cuales se encuentra adherido y no de todas las señales a su alrededor como sería el caso de un micrófono y, al tener la aceleración las mismas frecuencias que el movimiento que la producen, puede éste entregar resultados precisos y de variadas características dependiendo de factores como la intensidad de vibración y de las frecuencias de vibración.

Con la característica anterior de los acelerómetros es posible efectuar una relación entre vibraciones y desgastes para un nervio en una parrilla.

En ensayos realizados, se pudo comparar el factor de relación, Fr, obtenido de la vibración para distintos espesores producidos por desgastes en los nervios. Así por ejemplos en los ensayos se obtuvieron los siguientes resultados:

Con los resultados obtenidos, se apreció que existe una relación entre el espesor y el factor de relación Fr, obtenido de su vibración. Con dichos resultados, se pudo comprobar que existe una relación entre la vibración y el desgaste de los nervios, con lo cual se puede determinar el segundo a partir del primero. Con esto es posible desarrollar un sensor de desgaste a partir de mediciones de vibraciones.

Así, con el objeto de medir de manera continua el espesor de los nervios (5), es necesario proveer un sistema al interior del molino, que transmita en tiempo real la vibración a la cual están sometidos los nervios, de tal manera que al correlacionar tal vibración con el espesor, sea posible determinar cómo varía el espesor en el tiempo, cuando el molino está en operación. Uno de los grandes problemas que enfrenta proveer un sistema de monitoreo en tiempo real, en donde algunos de sus elementos deben estar al interior del molino, es dónde se ubicarán dichos elementos.

Así tenemos que en la superficie de cribado (2) de la parrilla (1), no es posible ubicar algún tipo de sensor en virtud que éste sería destruido por efecto de los golpes que se generan en dicha superficie de cribado (2) por estar con su cara orientada hacia la carga interna compuesta por el mineral que está siendo molido y los elementos de molienda, bolas de acero. Es por este motivo, que la localización del sensor se realiza en la superficie exterior (7) que no está sometida a golpes, pero vibra de la misma forma que la superficie de cribado (2).

Por otra parte, el sensor de vibración no puede estar localizado directamente sobre el nervio, debido a que cualquier trabajo que se realice sobre éste, por ejemplo una perforación, para localizar allí dicho sensor, afectaría la resistencia estructural del nervio (5), provocando el debilitamiento de éste.

En la figura 3 se muestra la ubicación preferida del sensor de la presente invención. Esta figura es una vista ampliada de la figura 2 que muestra la superficie exterior (7) de la parrilla (1). El sensor es localizado en una perforación (8) que está en la base del nervio (5), cercano al canal central (6) que calza con los elementos soportes (22), y que a través de pernos, permiten sujetar la parrilla al interior del molino.

En la figura 4, se muestra un molino (9) en medio corte, en cuyo interior (10) se encuentran los revestimientos y elementos levantadores, también sometidos a desgaste, permitiendo que el mineral conjuntamente con las bolas, gire, se levante y caiga, produciéndose la molienda del mineral que entra por la abertura (14) y sale por la salida (15). El molino (9) cuenta con una cubierta (11) unida a los elementos soportes (22), que permiten sujetar la parrilla (1) mediante pernos (12).

Tal como se muestra en la figura 5, y teniendo en cuenta la explicación arriba dada, es posible localizar un sensor en la superficie exterior (7) de la parrilla (1), la cual a través del canal central (6) y los elementos soportes (22) es sujetada por pernos (12) que atraviesan la cavidad (15) de los elementos soportes (22). Bajo estas condiciones, es posible determinar los elementos constitutivos del sistema de monitoreo y su ubicación, basándose en minimizar el riesgo de destrucción del sensor de vibración, su cableado, su transmisor inalámbrico y su receptor.

Los módulos del sistema de monitoreo de la presente invención, se muestran en la figura 6, en donde un acelerómetro (16) está conectado a una unidad de adaptador acelerómetro (17) y un transmisor inalámbrico (18), los cuales están conectados a un temporizador (19). El transmisor inalámbrico (18) emite una señal que es recibida por un receptor inalámbrico (20), conectado a un adquisidor de señal (21), el cual normalmente es un PC con software adquisidor. La función del temporizador es que permita definir el intervalo de tiempo para la emisión de señales del transmisor, ya que no se requiere que emita 100% del tiempo de trabajo del molino, sino sólo un intervalo de tiempo especificado en períodos definidos (uno al día, cada dos días, cada tres días, etc.).

En una primera modalidad de la presente invención, acorde a lo mostrado en la figura 7, la señal del acelerómetro (16) es conducida por un cableado (23) localizado en la superficie exterior (7) de la parrilla (1), llegando dicho cableado (23) hacia el canal (6) de la parrilla, para luego ingresar en la cavidad (15) de los elementos soportes (22), conectándose dicho cableado (23) al transmisor inalámbrico (18) ubicado en un perno (12) de la cubierta (11) del molino (9), transmitiéndose la señal inalámbrica hacia receptor inalámbrico (20), en donde dicha señal es procesada por un adquisidor de señal (21), el cual normalmente es un PC con software adquisidor. El receptor inalámbrico (20) puede ser instalado en algún sector seguro fuera del molino SAG, con una distancia de éste de alrededor de unos 20 metros.

En una segunda modalidad de la invención, tal como se muestra en la figura 8, la señal del acelerómetro (16) es conducida por un cableado (23) localizado en la superficie exterior (7) de la parrilla (1), llegando dicho cableado (23) hacia el canal (6) de la parrilla, donde se encuentra el transmisor inalámbrico (18), transmitiéndose la señal inalámbrica directamente hacia receptor inalámbrico (20), en donde dicha señal es procesada por un adquisidor de señal (21), el cual normalmente es un PC con software adquisidor. En este caso, también el receptor inalámbrico (20) puede ser instalado en algún sector seguro fuera del molino SAG, con una distancia máxima de éste de unos 20 metros.

En esta segunda modalidad, la señal inalámbrica del transmisor (18) puede ser emitida directamente desde la parrilla (1). Aunque esta segunda modalidad representa una ejecución de la invención mucho más simple para el envío de la señal inalámbrica, sin embargo, dicha señal requiere de una mayor cantidad de pruebas en terreno y dentro del molino, para realizar la correlación entre la vibración recibida y el espesor.

Si el acelerómetro (16) es instalado directamente en contacto con la superficie exterior (7) de la parrilla (1), al recibir los golpes éste se puede saturar con lo cual se sale de su escala resultando imposible realizar una medición. Para ello, en las dos modalidades de la invención, el montaje del acelerómetro en la parrilla se realiza sobre un material elastómero, como por ejemplo una goma. En la figura 9, es mostrada una de las instalaciones preferidas del acelerómetro del sistema de monitoreo de la presente invención. Sobre la superficie exterior (7) de la parrilla (1), se realiza una perforación (8) cuya profundidad es suficiente para que en su fondo sea colocado un imán (24), y sobre éste, una goma (25) que permite la conducción magnética, y por lo tanto, la adhesión del acelerómetro al imán (24) que permite una segura unión de la parrilla al acelerómetro.

Si bien es cierto que en la descripción preferida de la invención, se ha utilizado un acelerómetro como sensor, cuya señal se correlaciona con el espesor, es posible utilizar otros tipos de sensor que permitan realizar la misma función, como por ejemplo una cinta extensométrica (strain gage).

Previamente a la instalación de una parrilla (1) en un molino (9), es necesario efectuar la calibración del sistema. Esta calibración consiste en:

a) Someter a golpes los nervios (5) de la parrilla (1), con una bola (26) utilizada en el molino (9).

b) Registrar la señal en el adquisidor de señal (21).

c) Correlacionar dicha señal con el espesor del nervio (5). Este procedimiento puede ser llevado a cabo con la parrilla dentro del molino, y alternativamente, fuera del molino. En este último caso, en la etapa (a), se utiliza un tubo (25), preferentemente, de plástico, de un diámetro levemente mayor al de la bola (26), tal cual como se muestra en la figura 10. Este tubo (25) se ubica de manera vertical, en donde la parte inferior de dicho tubo (25) toca o se ubica levemente por sobre la superficie del nervio y por la parte superior se deja caer la bola (26), en donde la vibración del golpe es capturada por el sensor (16), que puede ser un acelerómetro o una cinta extensométrica (strain gage), transmitiendo la señal a la unidad de adaptador sensor (17) y al transmisor inalámbrico (18), en donde este último emite la señal que es recibida por el receptor inalámbrico (20), conectado a un adquisidor de señal (21).

Si la parrilla ha sido calibrada fuera del molino, ésta deberá ser instalada en el él, para iniciar el proceso de monitoreo.