ES2942582T3 - Sistema de medición en línea de desgaste de revestimientos de molino y tensión de pernos de molino mediante sensor ecográfico inserto en el extremo rosco de los pernos - Google Patents

Sistema de medición en línea de desgaste de revestimientos de molino y tensión de pernos de molino mediante sensor ecográfico inserto en el extremo rosco de los pernos Download PDF

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Abstract

Sistema de medición en línea de desgaste de revestimiento y tensión de pernos de molino que incorpora en el extremo roscado de un número determinado de pernos un emisor de ondas acústicas, un receptor de ondas acústicas, un circuito electrónico, una fuente de energía y un dispositivo de comunicación, en las inmediaciones del molino un dispositivo administrador de comunicaciones y acumulación de datos y en una posición remota un sistema de procesamiento y despliegue de datos.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de medición en línea de desgaste de revestimientos de molino y tensión de pernos de molino mediante sensor ecográfico inserto en el extremo rosco de los pernos
Los molinos de aplicación minera son artefactos mecánicos que se utilizan en una etapa de procesamiento de mineral denominada “molienda” y que consiste en disminuir el tamaño del mineral que ingresa al molino que está rotando continuamente hasta obtener partículas secas o pulpa de mineral de tamaño adecuado para los procesos siguientes en la cadena de procesamiento.
Los molinos está recubiertos por una carcasa interior resistente a la abrasión mecánica y que está compuesta de elementos reemplazables más pequeños y manipulables que normalmente son de acero y algunas veces contienen también elementos de goma. Los elementos de la carcasa interior se sujetan al cuerpo o carcasa exterior del molino mediante pernos diseñados especialmente para este propósito y que se insertan en orificios de los elementos de carcasa y cuyo hilo y tuerca quedan al exterior del cuerpo del molino.
Los pernos de molino son fabricados de aceros seleccionados y luego sometidos a tratamientos térmicos que garantizan que el perno soporte la exigencia mecánica a la que está sometido como elemento de fijación mecánica, sin embargo el extremo del perno que da hacia el interior del molino debe soportar desgaste al igual que el recubrimiento que soporta de manera que usualmente se instala un elemento denominado “taco” que extiende el perno y que a su vez está diseñado para soportar la abrasión (véase Figura 2).
En la industria minería se utilizan molinos de bolas en que un conjunto de bolas de acero ejecutan la acción de moler el mineral y también en molinos que en general son de mayor diámetro y capacidad en que el proceso de molienda ocurre por la acción de bolas per también por la acción del propio mineral, de manera que efectúan una molienda semi autógena, por lo que se denominan molinos SAG.
Debido a la acción abrasiva de la operación del molino resulta necesario cambiar periódicamente el recubrimiento interior pues este se desgasta. Teniendo en consideración el alto beneficio de la operación continua del molino y/o el alto coste de las detenciones, la medición del estado de desgaste de la carcasa resulta un dato útil para tomar la decisión acerca del momento en que se detendrá el molino para hacer el cambio de recubrimiento. También es interesante disponer de información acerca del apriete de los pernos pues el estado de apriete de pernos permite diagnosticar el estado general del molino y predecir fallas. Respecto de estos temas, desgaste y estabilidad de las carcasas de molinos, existen muchas teorías y recetas operacionales, sin embargo se carece de información fidedigna de esto mientras los molinos están operando. En realidad sólo se tiene información de exámenes posteriores pues no existen sensores suficientemente precisos y de coste razonable para instrumentar la operación de los molinos. Los documentos US 9 476 689 B2 y WO 2007/101319 A1 divulgan técnicas de medición para detectar desgaste en revestimientos de molinos utilizando pernos con sensores integrados.
PROBLEMA TÉCNICO
El problema técnico que se busca resolver con esta invención es proporcionar un sistema económico y de fácil implementación que permita medir directamente el estado de desgaste del recubrimiento interior del molino y el esfuerzo de apriete de los pernos, sin necesidad de parar e interrumpir su funcionamiento.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Aun cuando el problema técnico es conocido desde hace décadas, no se han implementados soluciones de coste razonable al problema técnico planteado. La invención también se relaciona con algunas propuestas de solución:
• Una posibilidad es detener el molino y medir con instrumentos mecánicos, pero el alto coste de las detenciones es un grave inconveniente de esta alternativa.
• Otra posibilidad más sofisticada es detener el molino y medir con instrumentos ópticos o analizadores de imágenes.
• Detener el molino y medir con sensores ecográficos portátiles, el largo de los pernos y el espesor de las piezas de desgaste, pero el alto coste de las detenciones es un también un grave inconveniente de esta alternativa.
• Una posibilidad de instrumentar el desgaste del molino es perforar axialmente los pernos e insertar en la perforación un elemento que, en función del desgaste del perno, vaya indicando su desgaste. La indicación del desgaste del molino a través de estos pernos perforados, se ha implementado mediante indicadores luminosos y también se han implementado sistemas de transmisión de radiofrecuencia hacia un sistema de procesamiento y despliegue de datos, sin embargo el alto coste de efectuar la perforación en pernos largos hace que esta solución sea poco práctica y no se encuentre extendida en la industria.
• Con respecto a la tensión de los pernos se han aplicado arandelas o ganchos con medidor de tensión o dispositivos para medir tensión de apriete del perno. Esta solución es de alto coste y se utiliza de manera muy marginal en la industria.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La invención consiste en instalar en el extremo roscado de los pernos que sostienen el recubrimiento o carcasa interior de molinos industriales, un instrumento ecográfico con capacidad de medir directamente y de transmitir en línea, el largo de los pernos y con ello estimar el estado de desgaste del recubrimiento interior y la tensión de apriete de los pernos (céase Figura 1).
APLICACIÓN INDUSTRIAL
La tensión a la que el perno está sometido es una variable que evoluciona desde la tensión que le es impuesta por el apriete inicial (véase Figura 4) y que tiende a bajar progresivamente en función de los distintos eventos que ocurren en su vida útil, en particular de eventos traumáticos o de alta energía. Para medir la tensión se mide el largo total del perno y se aplica el hecho de que en dentro del límite elástico, la tensión del perno es proporcional a la elongación, con una constante de proporcional denominada módulo de Young que se obtiene de ensayos a pernos similares. T = E e, (E=Módulo de Young) (véase Figura 5).
Por su parte, el desgaste del perno ocurre en la zona interior del molino y es una variable que evoluciona de manera lenta y constante en el tiempo (véase Figura 4).
A continuación se mencionan aspectos respecto de la aplicación industrial del invento.
TÉCNICA DE MEDICIÓN
La idea es incorporar un dispositivo ecográfico en el extremo roscado del perno. El dispositivo ecográfico emite trenes de onda acústicos hacia el interior del perno y a consecuencia de fenómenos ondulatorios como, reflexión, refracción, interferencia y otros, es posible obtener un espectro ecográfico o eco que es interpretable y a partir del cual se puede estimar la tensión de apriete del perno, el largo del perno y el desgaste del recubrimiento interior del molino (véase Figura 1 y Figura 3)
FUENTE DE ALIMENTACIÓN
El dispositivo ecográfico que se va a incorporar necesita emitir señales acústicas hacia el interior del perno instrumentado, de manera que existe un gasto de energía asociado a la emisión de señales acústicas que debe ser suministrado por alguna fuente. A su vez el periodo entre cambios de recubrimientos y pernos de molino depende de su nivel de explotación, sin embargo es sabido que el periodo en cuestión es del orden de meses, típicamente el cambio de recubrimiento y pernos de molinos SAG se efectúa dos veces al año y el cambio de recubrimiento y pernos de molinos de bolas se efectúa una vez al año. Considerando un requerimiento de información discreto, es decir que la emisión de pulsos sea de un número limitado, es posible utilizar pilas o baterías comerciales.
TRANSMISIÓN DE INFORMACIÓN
La información generada por los dispositivos ecográficos instalados en los pernos que están instalados y rotando con el molino debe ser transmitida a un dispositivo administrador de comunicaciones con capacidad de almacenamiento y transmisión de información que debe estar instalado en una posición fija y a una distancia prudente para que la comunicación con los pernos instalados en los pernos del molino sea factible. Este dispositivo debe incluir un sistema de comunicación de alto nivel, ya sea a través de una red local de la planta u otro sistema de comunicación inalámbrica para comunicarse con (iii) un análisis de datos y sistema de análisis que puede estar en una posición remota.
CONSTRUCCIÓN DEL DISPOSITIVO ECOGRÁFICO
El dispositivo de medición de desgaste y de tensión de pernos de molino está compuesto por los siguientes elementos:
1. El emisor de ondas acústicas o parlante, que es un dispositivo capaz de emitir ondas acústicas hacia el interior del perno.
2. Un receptor de ondas acústicas o micrófono, que es un dispositivo capaz de detectar señales acústicas desde el taco.
3. El circuito electrónico equipado con un sistema de amplificación que suministra la potencia necesaria para emitir señales acústicas hacia el interior del perno usando el parlante y a su vez es capaz de traducir señales acústicas en señales electrónicas que toma el micrófono desde el interior del perno.
4. Una celda galvánica, que es una fuente de energía con capacidad para suministrar energía al ecógrafo durante el tiempo de operación del perno en el molino.
5. Un sistema de comunicación por radiofrecuencia compuesto por un transpondedor (con capacidad de coordinar emisión y recepción de comunicaciones) y una antena que es capaz de transmitir la información de desgaste y/o tensión del perno en cada ocasión en que es requerido.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1: Componentes instalados en un orificio realizado en el extremo roscado del perno instrumentado: (E) emisor, (R) receptor, (uC) micro controlador electrónico, (- ) celda galvánica y (Á) sistema de transmisión.
Figura 2: es una vista de perno de molino típico. Se observa (1) la zona de tracción, (2) la zona de elongación y (3) el taco del perno.
Figura 3: (1) el aspecto exterior del perno. En el interior del perno (2) el emisor genera tren de pulsos, (3) la señal es refractada y reflejada y en las interfases y el tren de onda refractado genera un espectro interpretable y el receptor recibe el espectro.
Figura 4: la tensión y el desgaste de un perno son variables que se miden con el mismos dispositivo, sin embargo, la variación de ambas es perfectamente distinguible una de la otra pues el desgaste se produce lentamente mientras transcurre la vida útil del perno y la tensión del taco, en cambio, varía desde su valor inicial reduciéndose por eventos traumáticos o de alta energía que ocurren durante la vida útil del perno.
Figura 5: la tensión del perno es aproximadamente proporcional a una deformación medible, dentro del límite elástico.

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de medición en línea del desgaste del revestimiento del molino y la tensión de los pernos del molino, en el que incluye:
(a) en el extremo roscado de un número determinado de pernos, un emisor de ondas acústicas (E), un receptor de ondas acústicas (R), un circuito electrónico, una fuente de energía y un dispositivo de comunicación;
(b) en las proximidades del molino, un dispositivo de gestión de almacenamiento y acumulación de datos; y (c) en una posición remota, un sistema de procesamiento y despliegue de datos.
2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que comprende en el extremo roscado de un determinado número de pernos, un único dispositivo que se comporta como emisor y como receptor de ondas acústicas en diferentes momentos del tiempo.
3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que comprende en el extremo roscado de un número determinado de pernos, una batería galvánica como fuente de energía
4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que comprende en el extremo roscado de un número determinado de pernos, tal como un dispositivo de comunicación, un dispositivo de comunicación por radiofrecuencia.
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