SISTEMA Y METODO PARA LA REDUCCION DE CONTAMINACION AMBIENTAL EN UN PUNTO DE TRANSFERENCIA DE MATERIALES

SECTOR TECNICO

Esta invención se relaciona con aparatos y métodos para la obtención de una condición de nivel de llenado estable con carga viva de material al interior de un chute en un punto de transferencia de materiales FIG. 2 y cuyo objetivo principal es la reducción del nivel de contaminación ambiental que se produce en la actualidad.

El campo de aplicación preferente de aplicación son plantas de procesamiento de minerales e industrias similares en donde existan operaciones de manejo de materiales en las que intervienen: un chute; una fuente de suministro de material donde dicha fuente de suministro de material puede ser una correa transportadora; y un aparato que regula la salida de dicho material desde el chute donde dicho aparato puede ser otra correa transportadora FIG. 1.

TECNICA ANTERIOR

Respecto de las soluciones existentes que se aplican en la industria para este problema técnico de contaminación ambiental son las siguientes:

Sistemas de humectación: Estos sistemas consisten en humectar el material de modo que las partículas más finas del material aumenten su peso, son aplicables pero en otras operaciones de manejo de materiales ya que los traspasos de materiales entre correas transportadoras se caracterizan por generar corrientes de aire con polvo hacia el exterior del chute en donde estos sistemas no son tan efectivos.

Colectores de Polvo: Los equipos colectores de polvo son aspiradoras con filtros que succionan aire desde el interior del chute con el objeto de producir un leve vacío en su interior y así por esta vía evitar que el aire contaminado salga hacia el exterior del chute.

Estos equipos son más efectivos que los sistemas de humectación para la aplicación en cuestión sin embargo son de alto costo tanto de inversión como de operación en cuanto al consumo de energía, ya que requieren potentes extractores de aire y grandes espacios en donde se alojan los filtros de manga, adicionalmente requieren de suministro de aire comprimido el que se utiliza para la limpieza de los filtros.

i Por otra parte al no existir una norma para su dimensionamiento adecuado suelen ser diseñados con bajas capacidades que no permiten cumplir su objetivo eficientemente por un tema de costos de inversión y de operación.

Para su buen desempeño requieren que las aberturas entre el interior del chute y el exterior se encuentren muy bien selladas de manera de lograr el nivel de vacio requerido.

Otro problema de estos equipos por el hecho de que funcionan con filtros de tela es que las telas en presencia de la humedad y el polvo terminan obstruyéndose y el sistema de limpieza no es capaz de despegar el "barro" que se forma en su superficie, disminuyéndose así su capacidad de succión de aire y por ende la producción de vacío necesario en el interior del chute.

Diseños modificados de chutes: Otras soluciones a este problema de contaminación se refieren a los diseños de los chutes, sin embargo dichas soluciones mejoran muy levemente el problema y consisten básicamente en lograr que el material no viaje directamente desde la correa de entrada de material hasta la correa de salida de material sino que a través de una especie de escalones, tienen la desventaja que favorecen la generación de atacamientos del material con lo cual éste deja de fluir.

DIVULGACION DE LA INVENCION

En un aspecto de la presente invención, aparatos para el logro de mantener un nivel de llenado estable con carga viva de material al interior del chute es proveído. Los aparatos sensan el nivel de carga viva de material en el interior del chute y sensan el flujo de material de uno de los flujos ya sea el de entrada o el de salida de material del chute, se calcula la rapidez de cambio del nivel de llenado del material al interior del chute y con esto se determina el ajuste que se debe realizar sobre el flujo a regular y que puede ser el de entrada o el de salida del chute. Una condición de estabilidad del nivel de llenado del chute es así obtenido.

En otro aspecto de la presente invención, un método para el logro de mantener un nivel de llenado estable con carga viva de material al interior del chute es proveído. El método incluye los pasos de: sensado del nivel de carga viva de material al interior del chute; el sensado de uno de los flujos de material ya sea el de entrada o el de salida del chute; el cálculo de la rapidez de cambio del nivel de llenado del chute y con esto se determina el ajuste que se debe realizar sobre el flujo de entrada o de salida del chute. Una condición de estabilidad del nivel de llenado del chute es así obtenido. BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

FIG. 1 El esquema muestra la disposición de las partes principales en un punto de transferencia de material convencional.

FIG. 2 El esquema muestra la disposición de las partes principales en un punto de transferencia de material con la invención.

FIG. 3 El esquema muestra lo mismo que lo que muestra la FIG. 2 exceptuando que el elemento 12 es esta vez un actuador servo asistido.

FIG. 4 Este esquema muestra una disposición de correas transportadoras en serie en donde la última correa alimenta a un stock pile. FIG. 5 Este esquema muestra una disposición de correas transportadoras y chute en donde el material proviene de un stock pile y la correa final alimenta a una máquina.

MEJOR MANERA DE REALIZAR LA INVENCION

A continuación se describe el método y aparatos que intervienen distinguiéndose dos situaciones distintas, la primera que se describe es cuando la regulación y control del nivel de llenado del chute se realiza a través de la regulación y control del flujo de material de entrada al chute y la segunda es cuando dicho control de nivel se realiza a través de la regulación y control del flujo de salida de material desde el chute.

Nótese que cuando se hace referencia al nivel del chute o al peso del chute se trata del mismo concepto ya que tanto el peso del material como su volumen están relacionados por la densidad aparente del material que normalmente y para efectos prácticos se considera constante.

CONTROL DE NIVEL A TRAVÉS DEL CONTROL DEL FLUJO MÁSICO ENTRANTE Este caso se da cuando la correa saliente del chute alimenta a una máquina FIG. 5, como por ejemplo una chancadora o un molino, en la cual el flujo de salida del chute queda determinado por la capacidad de tratamiento de la máquina, con lo cual el control de nivel del chute se debe realizar a través de la regulación y control del flujo de entrada al chute. En este caso la correa de entrada de material al chute debe de estar configurada de modo tal que sea posible lograr que el flujo másico de dicha correa sea linealmente proporcional a la velocidad de dicha correa, a menos que exista un pesómetro en dicha correa que permita conocer la carga por metro de correa que transporta dicha correa.

La configuración ideal es cuando la correa de entrada al chute en donde la correa de salida de dicho chute alimenta a una máquina es cuando la correa de entrada tenga una carga por metro de correa constante lo cual es factible de lograrse.

Tal como se mencionó anteriormente la invención consiste en lograr que el chute contenga una cierta cantidad de carga viva de material en su interior 17 FIG. 2 en forma permanente y que dicha cantidad sea máxima de manera de lograr reducir al mínimo la altura en caída libre del material H 19 al interior del chute. Para el cumplimiento de este objetivo se incorpora al chute un sistema para la medición del peso del material existente en el interior del chute, dicho sistema consiste en la disposición de sensores de peso 10 de FIG. 2 en los soportes de apoyo del chute de modo que el peso del chute quede soportado en dichos sensores.

Adicionalmente a lo anterior se incorpora un equipo denominado variador de frecuencia al motor que acciona la correa de entrada de material al chute de modo de poder regular la velocidad de la correa Ve a objeto de regular el flujo másico Me para lo cual además se incorpora un sensor de velocidad a dicha correa.

Otro elemento del sistema es un controlador electrónico denominado PLC o bien un controlador PID el cual recibe la señal de peso del chute y la señal de la velocidad de la correa de entrada de material al chute y en base a un valor ajustado de peso del chute Pp (Set Point) y a un rango de variación admisible definido por un límite inferior Lir y superior Lsr del rango, controla la velocidad de la correa Ve para controlar el flujo másico de entrada de material al chute y así controlar el nivel de llenado del chute.

En cuanto al cálculo de la diferencia de flujos entre la entrada Me y la salida de material Ms, ésta se obtiene a partir de la variable rapidez de cambio del nivel de llenado del chute, en donde esta variable se obtiene a partir de la definición de derivada del peso respecto del tiempo, como: dP/dt = lim (cuando delta t tiende a cero) de (P(t+delta t) - P(t))/delta t donde: dP/dt = Me - Ms

Se recomienda utilizar un delta t no tan pequeño, como por ejemplo de un segundo.

De esta forma es posible disponer de la información de rapidez de cambio del nivel de llenado dP/dt en forma casi instantánea. El flujo de entrada Me se obtiene a partir de la velocidad de la correa de entrada Ve y de la constante de proporcionalidad Kmve entre el flujo másico de entrada y la velocidad de la correa de entrada, con lo cual:

Me = Ve*Kmve

Donde el Kmve se puede obtener por aforo, es decir una medición en terreno de la cantidad de material que hay en un metro de correa, las unidades del Kmve son de kg/m.

Otra opción que se puede utilizar para el cálculo del Kmve es la medición de la velocidad de la correa de entrada Ve y la medición del flujo másico de entrada Me de material al chute, el cual se puede medir a través de la detención por un breve intervalo de tiempo de la correa de salida de material desde el chute con lo cual el dP/dt es igual al flujo másico de entrada Me, ya que el dP/dt es igual a la diferencia entre el flujo másico de entrada menos el flujo másico de salida y como en esta situación de la correa de salida detenida el Ms es igual a cero entonces el dP/dt es igual al flujo másico de entrada Me.

Kmve = Me/Ve

Con este procedimiento de obtención del Kmve se hace posible chequear continuamente su valor pudiendo hacerse en forma automática.

Otra ventaja de este procedimiento es que permite a la operación de la planta, variar la carga de la correa ya sea para aumentarla o para reducirla para los fines de operar con velocidades de correa más lentas o más rápidas respectivamente, en cuyo caso el sistema de medición del Kmve detectará esta condición y calculará su nuevo valor.

En cuanto al flujo de salida de material se puede obtener de la relación siguiente:

Ms = Me - dP/dt, ya que: dP/dt = Me - Ms

También es posible obtener el flujo de salida Ms a partir de la velocidad de la correa de salida Vs y de la constante de proporcionalidad Kmvs entre el flujo másico de salida y la velocidad de la correa de salida, solo cuando el nivel de llenado del chute se encuentre por encima de un valor determinado que garantice que el flujo másico es linealmente proporcional a la velocidad de la correa.

Respecto del Kmvs, éste se obtiene por un procedimiento similar al aplicado para la obtención del Kmve, con la excepción de que la correa que se detiene por un breve intervalo de tiempo es esta vez la correa de entrada de material al chute. Respecto de la regulación y ajuste de la velocidad de la correa de entrada de material al chute Ve ésta se realiza a través de la regulación y ajuste de las rpm del motor Ne que acciona dicha correa, en donde la relación entre ambas variables es:

Ne = Ve*Knve

Donde Knve es la constante de proporcionalidad entre las rpm del motor Ne y la velocidad de la correa de entrada Ve de material al chute, en donde la constante Knve se puede obtener de: la señal de velocidad Ve y de la señal de Ne mediante la incorporación de un sensor de rpm del motor, con lo cual:

Knve = Ne/Ve

En cuanto al procedimiento de control de nivel del chute actuándose sobre la regulación y control del flujo másico entrante Me, consta de las siguientes etapas:

Definición de parámetros: Peso programado a mantener constante en el interior del chute Pp (Set Point); rango de variación admisible respecto de Pp definido por un límite inferior Lir y un límite superior Lsr; y tiempo ta para las correcciones.

Recepción de la información de peso del chute P(t) y de la velocidad de la correa de entrada de material al chute Ve y opcionalmente de la velocidad de salida Vs.

Cálculo del flujo de entrada de material al chute Me a partir de la velocidad de la correa de entrada de material al chute Ve y de la constante de proporcionalidad Kmve entre el flujo de material entrante Me y la velocidad de la correa Ve, es decir:

Me = Ve*Kmve

Cálculo de la rapidez de cambio del nivel de llenado del chute dP/dt a partir de la definición de derivada antes mencionado considerando un delta t adecuado de acuerdo a la precisión del sistema de medición de peso del chute.

Cálculo del flujo másico de salida de material del chute como:

Ms = Me - dP/dt

Determinar si el peso actual P(t) se encuentra fuera del rango aceptable de peso es decir si P(t)<Lir o P(t)>Lsr, si no está fuera del rango se vuelve al principio del procedimiento y si está afuera se procede como se explica a continuación:

Cálculo de la diferencia de peso DP entre el peso actual P(t) y el peso programado de ajuste (Set Point) Pp,

DP = P(t) - Pp

dP/dt,c = -DP/ta donde ta es un tiempo programado para que se realice el ajuste.

Cálculo del flujo másico de entrada a corregir Me,c en función del flujo másico de salida Ms y de la rapidez de cambio del peso del chute a corregir dP/dt,c.

Me,c = Ms + dP/dt,c

Cálculo de la nueva velocidad de la correa de entrada a corregir Ve,c a partir del flujo másico de entrada a corregir y de la constante de proporcionalidad Kmve.

Ve,c = Me,c/Kmve

Cálculo de las rpm del motor de la correa de entrada de material al chute a corregir Ne,c a partir de la velocidad de la correa de entrada de material a corregir Ve,c y de la constante de proporcionalidad Knve entre las rpm del motor Ne y la velocidad de la correa de entrada Ve de material al chute.

Ne,c = Ve,c*Knve

Realización del cambio de las rpm del motor a través del variador de frecuencia del motor durante el intervalo de tiempo ta.

Luego se hace el cálculo que corresponda para llevar las rpm del motor de la correa de entrada de material al chute a la condición de flujo másico de entrada igual al flujo másico de salida.

Se repite el procedimiento de control de nivel.

CONTROL DE NIVEL A TRAVÉS DEL CONTROL DEL FLUJO MÁSICO SALIENTE

Este tipo de control se debe realizar cuando la correa saliente del chute alimenta a un Stock de material FIG. 4, como por ejemplo un Stock Pile, y cuando la correa de alimentación al chute proviene de la salida de una máquina por ejemplo una chancadora, en este caso el flujo de alimentación queda definido por la capacidad de tratamiento de la máquina con lo cual el ajuste de nivel del chute debe hacerse mediante la regulación y control del flujo másico de salida del chute.

El procedimiento en este caso es muy similar al procedimiento de control de nivel mediante el control del flujo entrante, con lo cual se hará referencia en algunos casos a lo descrito anteriormente:

Como el control de nivel en este caso se realiza controlando el flujo de salida de equipo variador de frecuencia para el control de la velocidad de la correa Vs y un sensor de velocidad de dicha correa.

También está la opción de que la regulación y control del flujo de salida sea realizado mediante una compuerta ubicada en la salida del chute que posea actuador e indicador de posición que pueda ser comandada y controlada a distancia en lugar de la opción de utilizar regulación de las rpm de la correa de salida. En cuanto al procedimiento que se describe a continuación es muy similar al procedimiento que se utilizaría si se usara compuerta en lugar de variador de frecuencia.

La señal que recibe el PLC esta vez es la señal de velocidad de la correa de salida de material y la señal de peso del chute y el control se realiza sobre dicha correa, sin perjuicio de que pueda además recibir la señal de velocidad de la correa de entrada de material al chute.

El flujo másico de salida Ms se obtiene a partir de la velocidad de la correa de salida Vs y de la constante de proporcionalidad Kmvs entre el flujo másico de salida y la velocidad de la correa de salida Vs, con lo cual:

Ms= Vs*Kmvs

En donde ya se mencionó anteriormente las forma de obtener el valor del Kmvs.

El flujo de entrada de material se puede obtener de la relación:

Me= Ms + dP/dt

En cuanto al flujo de entrada Me no sería posible obtenerlo a partir de la constante Kmve y de la velocidad de la correa de entrada Ve, dado que el flujo de material Me no necesariamente es proporcional a la velocidad de la correa Ve.

En cuanto a las rpm del motor Ns de la correa de salida de material, la relación es la siguiente:

Ns = Vs*Knvs

Al igual que en el procedimiento anterior el Knvs se puede obtener de la misma forma antes descrita.

En cuanto al procedimiento de control de nivel del chute actuándose sobre el flujo saliente, consta de las siguientes etapas:

Definición de parámetros: Peso programado a mantener constante en el interior del chute Pp (Set Point); rango de variación admisible respecto de Pp definido por un límite inferior Lir y un límite superior Lsr; y tiempo ta para las correcciones. Recepción de la información de peso del chute P(t) y de la velocidad de la correa de salida Vs.

Cálculo del flujo de salida del chute Ms a partir de la velocidad de la correa de salida Vs y de la constante de proporcionalidad Kmvs entre el flujo de salida Ms y la velocidad de la correa de salida Vs, es decir:

Ms = Vs*Kmvs

Cálculo del dP/dt, como se indicó anteriormente.

Cálculo del flujo de entrada de material al chute como:

Me= Ms + dP/dt

Determinar si el peso actual P(t) se encuentra fuera del rango aceptable de peso es decir si P(t)<Lir o P(t)>Lsr, si no está fuera del rango se vuelve al principio del procedimiento y si está afuera se procede como se explica a continuación:

Cálculo del DP, como se mencionó anteriormente.

Cálculo del dP/dt a corregir dP/dt, c como: dP/dt, c = -DP/ta donde ta es un tiempo programado para que se realice el ajuste.

Cálculo del flujo de salida a corregir Ms,c en función del flujo másico de entrada y de la rapidez de cambio del peso del chute a corregir dP/dt, c

Ms,c = Me - dP/dt, c

Donde Me = Ms + dP/dt

Cálculo de la nueva velocidad de la correa de salida a corregir Vs,c a partir del flujo másico de salida a corregir Ms,c y de la constante de proporcionalidad Kmvs entre el flujo másico de salida Ms y la velocidad de la correa de salida Vs.

Vs,c = Ms,c/Kmvs

Cálculo de las rpm del motor de la correa de salida a corregir Ns,c a partir de la velocidad de la correa de salida a corregir Vs,c y de la constante de proporcionalidad Knvs entre las rpm del motor Ns y la velocidad de la correa de salida Vs.

Ns,c = Vs,c*Knvs

Realización del cambio de las rpm del motor a través del variador de frecuencia del motor durante el intervalo de tiempo ta. Luego se hace el cálculo que corresponda para llevar las rpm del motor de la correa de salida a la condición de flujo másico de salida igual al flujo másico de entrada.

Se repite el procedimiento de control de nivel.

APLICACIÓN INDUSTRIAL

El campo de aplicación preferente de aplicación son plantas de procesamiento de minerales e industrias similares en donde existan operaciones de manejo de materiales en las que intervienen: un chute; una fuente de suministro de material donde dicha fuente de suministro de material puede ser una correa transportadora; y un aparato que regula la salida de dicho material desde el chute donde dicho aparato puede ser otra correa transportadora FIG. 1.

El problema técnico principal que resuelve se refiere a la gran contaminación ambiental que producen estas operaciones de transferencia de materiales en parte producto de la extensa altura en caída libre que recorre el material al interior del chute, donde dicha contaminación es aire con polvo en suspensión que al ser respirado por las personas produce enfermedades de diferente índole como por ejemplo la Silicosis, adicionalmente al problema de contaminación está también el problema de los altos costos de energía, insumos y mantenimiento de los sistemas utilizados pa ra mitigar la contaminación ambiental y que a la fecha no han solucionado el problema de manera satisfactoria.

El objetivo de la invención es proveer un método y aparatos que permitan que el chute mantenga en forma permanente un nivel de llenado con carga viva de material lo más alta posible, FIG. 2 de manera que el material entrante al chute caiga sobre material y no sobre las paredes internas del chute o sobre la correa transportadora de salida de material.

Con esto se obtiene como resultado que la altura en caída libre que recorre el material H 19 de FIG. 2 que entra al chute sea menor, lo cual conduce a que la cantidad de aire con polvo en suspensión generada se reduzca y en donde la cantidad de aire con polvo en suspensión generada con el chute con invento será proporcional a la altura de caída H 19 FIG. 2 dividido por la altura de caída H 19 de la FIG. 1 veces la cantidad de aire con polvo generada con un chute convencional. Es decir se pueden lograr reducciones importantes de la generación de aire con polvo en suspensión con el consiguiente ahorro en los sistemas colectores de polvo en cuanto a su tamaño, energía consumida, y costos de mantenimiento y con el consiguiente mejoramiento de las condiciones ambientales. Otro problema técnico es el consumo de energía que se podría evitar con la invención en correas transportadoras de salida de chutes y cuyo destino final es un stock FIG. 4 dado que estas correas deben funcionar permanentemente a velocidades tales que puedan transportar los flujos másicos de material máximos que se producen aguas arriba, y cuando los flujos bajan continúan funcionando a esas mismas velocidades ya que no es posible predecir en qué momento se producirán los máximos de flujo.

Adicionalmente a este problema y derivado de lo mismo es que no es posible medir con buena precisión los flujos másicos de material debido a las fluctuaciones de flujo inherentes del proceso, por ejemplo de chancado y que también se resuelve con la invención, ya que la carga de material sobre la correa que sale del chute expresada por ejemplo en kg por metro de correa se mantiene constante y permite obtener el flujo másico de salida con la sola medición de la velocidad de la correa de salida y con la constante de proporcionalidad Kmvs entre el flujo de salida y la velocidad de la correa de salida, donde dicha constante se puede obtener haciendo uso del chute con sistema de pesaje.

Y el otro problema que se resuelve con la invención es respecto de los costos de mantenimiento de revestimientos de chutes, de la correa perteneciente a la correa transportadora de salida de material del chute y estaciones de polines que están sometidas a mayor desgaste por los golpes que produce el material en la caída libre sobre dichos componentes. Y el hecho que el material caiga sobre material esto conlleva a que se produzca un casi nulo desgaste de los revestimientos internos del chute y se protege a la correa y a las estaciones de polines de la correa ubicados en la parte baja del chute de los golpes por la caída de material.

La FIG. 1 muestra un esquema de un "punto de transferencia de material" normal, el cual se compone básicamente de un tramo final de una correa transportadora, correa transportadora de entrada de material 1 que denominaremos con la sigla CTE, además se compone de un tramo inicial de otra correa transportadora, correa transportadora de salida de material 2 que denominaremos con la sigla CTS, adicionalmente a ambas correas el sistema consta de un Chute 3, además de otros elementos como son: una compuerta 4 ubicada en la salida del material del chute, normalmente de accionamiento manual 12; guarderas y elementos para sellar el espacio interior del chute respecto del exterior a éste y normalmente están equipados con un equipo de colección de polvo para mitigar la salida de aire contaminado hacia el exterior del chute.

En un sistema convencional FIG. 1, el material transportado por la CTE 1 se vierte en el interior del chute 3 generando un flujo de material 5 que cae en caída libre hasta la correa CTS 2, recorriendo una altura H 19, en donde la correa CTS 2 extrae el material desde el chute para transportarlo hacia otro lugar, en donde ese otro lugar puede ser una máquina por ejemplo una chancadora o bien un Stock por ejemplo un stock pile u otra correa transportadora.

El mecanismo físico que explica la cantidad de aire con polvo en suspensión generada es la cantidad de energía potencial que tiene el material en el inicio de la caída respecto del nivel en donde reposará y al hecho que durante la caída el material va captando aire y lo cual es lógico si consideramos que la sección del chorro se mantiene constante durante la caída y como la velocidad aumenta significa que entra aire al interior del chorro en forma proporcional a la velocidad que va adquiriendo durante la caída, y al llegar a piso este aire es expulsado del material en forma violenta ya que toda la carga de mineral que viene detrás actúa como una especie de pistón. La otra razón que fundamenta el argumento de que una mayor altura en caída libre del material genera mayor cantidad de aire con polvo en suspensión se basa en la observación y en base a modelos que se utilizan para dimensionar el tamaño de los colectores de polvo en donde el flujo de aire calculado de succión del colector es una función, de entre otras variables, de la altura en caída libre del material.