WO2019215487A1 - Sistema y metodo para la reduccion de contaminacion ambiental en un punto de transferencia de materiales - Google Patents

Sistema y metodo para la reduccion de contaminacion ambiental en un punto de transferencia de materiales Download PDF

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SEPULVEDA GUTIERREZ, Daniel
SEPULVEDA GUTIERREZ, Marianela Ester
SEPULVEDA GUTIERREZ, Tatiana del Carmen
DIAZ SEPULVEDA, Steven
OLIVARES ACUÑA, Rodrigo
OLIVARES JARA, Maria Elena
SEPULVEDA SEPULVEDA, Ariel
MANRIQUEZ, Aelsio
BAEZA DAROCH, Felipe
BARRIA BARRIA, Edith
VILLEGAS, Claudio
JARA BARRERA, María Ester
GUTIERREZ LEPE, Carlos
PINO, Pedro
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    • B02C23/00—Auxiliary methods or auxiliary devices or accessories specially adapted for crushing or disintegrating not provided for in preceding groups or not specially adapted to apparatus covered by a single preceding group
    • B02C23/02—Feeding devices

Definitions

  • This invention relates to apparatus and methods for obtaining a stable filling level condition with live load of material into a chute at a material transfer point FIG. 2 and whose main objective is the reduction of the level of environmental pollution that is currently produced.
  • the preferred field of application is mineral processing plants and similar industries where there are material handling operations in which they intervene: a shot; a source of material supply where said source of material supply may be a conveyor belt; and an apparatus that regulates the exit of said material from the chute where said apparatus can be another conveyor belt FIG. one.
  • Wetting systems consist of wetting the material so that the finest particles of the material increase their weight, are applicable but in other material handling operations since the transfers of materials between conveyor belts are characterized by generating air currents with dust to the outside of the chute where these systems are not so effective.
  • Dust collectors are vacuum cleaners with filters that suck air from the inside of the chute in order to produce a slight vacuum inside and thus prevent contaminated air from going outside the chute.
  • apparatus for achieving a stable filling level with live load of material inside the chute senses the level of live load of material inside the chute and senses the material flow of one of the flows, whether the input or output of the chute material, the rate of change of the filling level is calculated of the material inside the chute and with this determines the adjustment that must be made on the flow to be regulated and that can be the input or output of the chute. A condition of stability of the level of filling of the chute is thus obtained.
  • a method for achieving a stable filling level with live load of material inside the chute includes the steps of: sensing the level of live load of material inside the chute; the sensing of one of the material flows either the input or the output of the chute; the calculation of the rapidity of change of the level of filling of the chute and with this determines the adjustment that must be made on the flow of input or output of the chute. A condition of stability of the level of filling of the chute is thus obtained.
  • FIG. 1 The scheme shows the arrangement of the main parts at a transfer point of conventional material.
  • FIG. 2 The scheme shows the arrangement of the main parts at a material transfer point with the invention.
  • FIG. 3 The scheme shows the same as what FIG. 2 except that element 12 is this time a servo assisted actuator.
  • FIG. 4 This scheme shows an arrangement of conveyor belts in series where the last belt feeds a stock pile.
  • FIG. 5 This scheme shows an arrangement of conveyor belts and chute where the material comes from a stock pile and the final belt feeds a machine.
  • the following describes the method and devices that intervene distinguishing two different situations, the first one described is when the regulation and control of the level of filling of the chute is carried out through the regulation and control of the flow of material entering the chute and the second is when said level control is carried out through the regulation and control of the flow of material output from the chute.
  • LEVEL CONTROL THROUGH INPUT MASSIC FLOW CONTROL This case occurs when the chute outgoing belt feeds a machine FIG. 5, such as a crusher or a mill, in which the output flow of the chute is determined by the treatment capacity of the machine, whereby the level control of the chute must be carried out through regulation and control of the input flow to the chute.
  • the material entry belt to the chute must be configured in such a way that it is possible to achieve that the mass flow of said belt is linearly proportional to the speed of said belt, unless there is a pesometer on said belt that allows to know the load per meter of belt that carries said belt.
  • the ideal configuration is when the chute input belt where the chute's output belt feeds a machine is when the input belt has a constant belt load per meter which is feasible to be achieved.
  • the invention consists in ensuring that the chute contains a certain amount of live load of material in its interior 17 FIG. 2 permanently and that this amount is maximum so as to minimize the height in free fall of the material H 19 inside the chute.
  • a system for measuring the weight of the material inside the chute is incorporated into the chute, said system consists of the arrangement of weight sensors 10 of FIG. 2 on the chute support brackets so that the chute weight is supported on said sensors.
  • a device called a frequency inverter is incorporated into the motor that drives the material input belt to the chute so as to be able to regulate the speed of the belt Ve in order to regulate the mass flow Me for which in addition a speed sensor to said belt.
  • PLC electronic controller
  • PID controller which receives the chute weight signal and the material input belt speed signal to the chute and based on an adjusted chute weight value Pp (Set Point) and at an allowable variation range defined by a lower limit Lir and higher Lsr of the range, controls the speed of the belt Ve to control the mass flow of material input to the chute and thus control the level of filling of the chute .
  • the input flow Me is obtained from the speed of the input belt Ve and the constant of proportionality Kmve between the mass input flow and the speed of the input belt, whereby:
  • the Kmve can be obtained by capacity, that is, a field measurement of the amount of material in a meter of belt, the units of the Kmve are kg / m.
  • Another option that can be used for the calculation of the Kmve is the measurement of the speed of the input belt Ve and the measurement of the mass inlet flow Me of material to the chute, which can be measured through stopping for a brief time interval of the material exit belt from the chute whereby the dP / dt is equal to the mass input flow Me, since the dP / dt is equal to the difference between the mass input flow minus the mass flow of output and as in this situation of the stopped output belt the Ms is equal to zero then the dP / dt is equal to the mass input flow Me.
  • Another advantage of this procedure is that it allows the operation of the plant to vary the load of the belt either to increase it or to reduce it for the purpose of operating with slower or faster belt speeds respectively, in which case the system of Kmve measurement will detect this condition and calculate its new value.
  • Knve is the constant of proportionality between the rpm of the engine Ne and the speed of the input belt Ve of material to the chute, where the constant Knve can be obtained from: the speed signal Ve and the signal of Ne by means of the incorporation of an engine rpm sensor, which:
  • chute level control procedure acting on the regulation and control of the incoming mass flow Me, it consists of the following stages:
  • Parameter definition Weight programmed to keep constant inside the Pp (Set Point) chute; permissible range of variation with respect to Pp defined by a lower limit Lir and an upper limit Lsr; and time ta for corrections.
  • dP / dt, c -DP / ta where ta is a scheduled time for adjustment.
  • the level control procedure is repeated.
  • level control in this case is done by controlling the output flow of frequency variator equipment for controlling the speed of the Vs belt and a speed sensor of said belt.
  • the signal received by the PLC this time is the speed signal of the material output belt and the chute weight signal and control is performed on said belt, notwithstanding that it can also receive the belt speed signal of material input to the chute.
  • the mass output flow Ms is obtained from the speed of the output belt Vs and the proportionality constant Kmvs between the mass output flow and the speed of the output belt Vs, whereby:
  • the material inflow can be obtained from the relationship:
  • the ratio is as follows:
  • the Knvs can be obtained in the same way described above.
  • Parameter definition Weight programmed to keep constant inside the Pp (Set Point) chute; permissible range of variation with respect to Pp defined by a lower limit Lir and an upper limit Lsr; and time ta for corrections. Receipt of the information of the chute weight P (t) and the speed of the output belt Vs.
  • Vs, c Ms, c / Kmvs
  • the level control procedure is repeated.
  • the preferred field of application is mineral processing plants and similar industries where there are material handling operations in which they intervene: a shot; a source of material supply where said source of material supply may be a conveyor belt; and an apparatus that regulates the exit of said material from the chute where said apparatus can be another conveyor belt FIG. one.
  • the main technical problem that it solves refers to the great environmental pollution produced by these material transfer operations partly due to the large height in free fall that runs through the material inside the chute, where said pollution is air with suspended dust that being breathed by people produces diseases of different kinds such as Silicosis, in addition to the problem of contamination there is also the problem of high energy costs, inputs and maintenance of the systems used to mitigate environmental pollution and that Date have not solved the problem satisfactorily.
  • the aim of the invention is to provide a method and apparatus that allow the chute to permanently maintain a level of filling with live load of material as high as possible, FIG. 2 so that the material entering the chute falls on material and not on the internal walls of the chute or on the material exit conveyor belt.
  • the other problem that is solved with the invention is with regard to the costs of maintenance of chutes linings, of the belt belonging to the conveyor belt of chute material output and pollin stations that are subject to greater wear due to the blows that produces the material in the free fall on said components. And the fact that the material falls on material means that there is almost no wear on the inner linings of the chute and the belt and the pollin stations of the belt located at the bottom of the chute are protected from blows by The fall of material.
  • FIG. 1 shows a diagram of a normal "material transfer point", which is basically made up of a final section of a conveyor belt, material input conveyor belt 1 that we will name with the acronym CTE, also consists of an initial section of another conveyor belt, conveyor belt of exit of material 2 that we will call with the acronym CTS, in addition to both belts the system consists of a Chute 3, in addition to other elements such as: a gate 4 located at the exit of the chute material, normally manually operated 12; guards and elements to seal the interior space of the chute with respect to the exterior to it and are normally equipped with a dust collection equipment to mitigate the exit of contaminated air towards the outside of the chute.
  • a gate 4 located at the exit of the chute material, normally manually operated 12; guards and elements to seal the interior space of the chute with respect to the exterior to it and are normally equipped with a dust collection equipment to mitigate the exit of contaminated air towards the outside of the chute.
  • the material transported by the CTE 1 is poured inside the chute 3 generating a flow of material 5 that falls in free fall to the CTS belt 2, traveling a height H 19, where the CTS belt 2 extracts the material from the chute to transport it to another place, where that other place can be a machine for example a crusher or a stock for example a stock pile or other conveyor belt.
  • the physical mechanism that explains the amount of air with suspended dust generated is the amount of potential energy that the material has at the beginning of the fall with respect to the level where it will rest and to the fact that during the fall the material picks up air and which is logical if we consider that the section of the jet remains constant during the fall and as the speed increases means that air enters the interior of the jet proportionally to the speed that it is acquiring during the fall, and when it reaches the ground this air is violently expelled from the material since all the ore load that comes behind acts like a kind of piston.

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Abstract

Sistema y Método para la reducción de la contaminación ambiental producida en las operaciones de manejo de materiales, en especial pero no excluyente en transferencia de material entre dos correas transportadoras una de entrada de material y una de salida de dicho material, son aquí divulgados. El mecanismo de reducción de contaminación se basa en la reducción de la distancia en caída libre que recorre el material desde la correa transportadora de entrada de material, por la vía de mantener carga viva de material al interior del chute. Para el logro de este objetivo el método considera: la medición del peso del chute con material; la medición de uno de ios dos flujos; el cálculo de la rapidez de cambio del peso del chute; y la regulación del flujo másico de entrada ai chute o la regulación del flujo másico de salida desde el chute.

Description

DESCRIPCION
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
Figure imgf000008_0001
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
Figure imgf000009_0001
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.

Claims

REIVINDICACIONES APARATOS Y METODO PARA LA REDUCCION DE CONTAMINACION AMBIENTAL EN UN PUNTO DE TRANSFERENCIA DE MATERIALES
1. Sistema de Transferencia de Material en que el componente Chute de dicho sistema recibe material desde una fuente de suministro de material el cual entra al chute cayendo finalmente sobre el componente ubicado en la parte inferior que regula la extracción de dicho material desde el chute. CARACTERIZADO porque el sistema está configurado para que el material que entra al chute caiga sobre un stock de carga viva de material existente en el interior del chute, cuyo propósito principal es de reducir a un mínimo la altura en caída libre del material y a través de ese mecanismo reducir las emisiones de aire contaminado con polvo en suspensión hacia el exterior del chute.
2. Un sistema de transferencia de material según la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque dicho sistema consiste en un método y aparatos que permiten un stock permanente de carga viva de material en el interior del chute.
3. Un método según la reivindicación 2 CARACTERIZADO porque dicho método consiste en: la medición de la cantidad de material existente en el interior del chute; en la medición ya sea del flujo de entrada de material al chute o la medición del flujo de salida de material desde el chute, o ambas dependiendo de la aplicación en particular; en la regulación de uno de los dos flujos; y en operaciones de cálculos matemáticos que determinan la corrección necesaria del flujo de entrada o de salida y tiempo de duración de dicha corrección con el fin de mantener el peso del material en el interior del chute lo más cercano al peso programado (Set Point).
4. Aparatos según la reivindicación 2 CARACTERIZADO porque los aparatos principales consisten en la utilización de: componentes que permitan: medir el flujo de entrada de material al chute o el flujo de salida de material desde el chute o ambas; regular el flujo de entrada de material al chute o el flujo de salida de material desde el chute; la medición de la cantidad de material existente en el interior del chute; hardware que recibe la información de mediciones, realiza cálculos y que controla el flujo ya sea de entrada o de salida; y software para dicho hardware.
5. Método según la reivindicación 3 CARACTERIZADO porque dicho método consiste en que la medición de la cantidad de material existente en el interior del chute se realiza mediante la medición de la cantidad física "peso" del material existente en el interior del chute.
6. Aparato según la reivindicación 4 y 5 CARACTERIZADO porque el componente utilizado para la medición de la cantidad de material existente al interior del chute son sensores de peso del tipo celdas de carga.
7. Método según la reivindicación 3 CARACTERIZADO porque el método consiste en que la medición del flujo de material de entrada o el flujo de material de salida se obtiene indirectamente a través de: la medición de la velocidad de la correa de entrada o de salida respectivamente; y de la constante de proporcionalidad entre el flujo másico de material y la velocidad de la correa.
8. Método según la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque la fuente de suministro de material al chute es una correa transportadora o un alimentador.
9. Método según la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque la fuente de suministro de material al chute es la salida de una máquina de procesamiento de materiales en que dichas máquinas pueden ser una chancadora o un harnero.
10. Método según la reivindicación 3 CARACTERIZADO porque el método para la regulación del flujo de material de entrada o de salida consiste en la regulación de la velocidad de la correa de entrada o de salida respectivamente.
11. Aparato según la reivindicación 4 CARACTERIZADO porque el aparato utilizado para la variación de la velocidad de la correa es un variador de las rpm del motor de dicha correa y en que dicho aparato puede ser un variador de frecuencia.
12. Aparato según la reivindicación 4 y 7 CARACTERIZADO porque el aparato utilizado para medir la velocidad de la correa de entrada o de salida es un sensor de velocidad de correa.
13. Método según la reivindicación 3 CARACTERIZADO porque las operaciones de cálculos matemáticos son para determinar el valor del flujo másico de entrada o de salida que se debe ajustar y consisten en: La obtención del valor de la derivada del peso respecto del tiempo e igualar este valor a la diferencia entre el flujo másico de material de entrada al chute y el flujo másico de material de salida del chute; en el cálculo de la diferencia entre el peso actual y el valor de peso de material que se desea mantener constante en el interior del chute (Set Point); en función de los resultados anteriores y de uno de los flujos másicos de material ya sea el de entrada o el de salida, según el caso, y de un parámetro de tiempo ingresado para que el peso actual llegue al peso deseado calcular entonces el valor del flujo másico a ajustar de manera de que el peso actual quede lo más cercano al valor de peso deseado (Set Point).
14. Método y aparatos según la reivindicación 10; 11 y 12 CARACTERIZADO porque la regulación de velocidad de la correa se realiza a través de la regulación de las rpm del motor tomándose en consideración el factor de proporcionalidad entre las rpm de motor y la velocidad de la correa que corresponda.
15. Método según la reivindicación 3 CARACTERIZADO porque la decisión del flujo a regular ya sea el de entrada o el de salida del chute depende del origen del flujo de entrada y del destino del flujo de salida.
16. Método según la reivindicación 15 CARACTERIZADO porque si el origen del flujo de entrada proviene de un stock de material y el destino es una máquina entonces se regula el flujo de entrada al chute para efectos del control del peso de material en el interior del chute.
17. Método según la reivindicación 15 CARACTERIZADO porque si el origen del flujo de entrada proviene de una máquina y el destino es un stock de material entonces se regula el flujo de salida del chute para efectos de control del peso de material en el interior del chute.
18. Aparato según la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque el componente que regula la extracción de material desde el chute puede ser una correa transportadora o un alimentador.
19. Aparato según la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque el componente que regula la extracción de material del chute puede ser un dispositivo regulador de flujo o un dispositivo que abre o cierra el paso del material.
20. Aparato según la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque el componente que regula la extracción de material del chute puede ser una máquina de procesamiento de materiales en que dichas máquinas pueden ser una chancadora o un harnero.
21. Método y aparato según la reivindicación 6 CARACTERIZADO porque los sensores de peso del tipo celdas de carga van posicionados en los apoyos del chute sobre la estructura soportante del chute.
22. Método según la reivindicación 7 CARACTERIZADO porque la constante de proporcionalidad entre el flujo másico de material de entrada al chute y la velocidad de la correa de entrada se puede obtener a través de un procedimiento que consiste en: fijar a una velocidad constante la velocidad de la correa de entrada y medir su valor; la detención por pocos segundos del flujo de salida de material; hacer la medición mediante el chute del flujo másico entrante;; calcular el cociente entre el flujo másico de entrada y la velocidad de la correa de entrada de material al chute, donde este procedimiento es válido cuando la alimentación que recibe la correa de entrada de material al chute está configurada de modo que el flujo másico de la correa de entrada de material al chute sea linealmente proporcional a la velocidad de dicha correa.
23. Método según la reivindicación 3 CARACTERIZADO porque el aparato para la medición de la cantidad de material existente al interior del chute puede ser un sensor de nivel.
24. Método y aparato según la reivindicación 3 CARACTERIZADO porque el método de regulación del flujo de material de salida del chute consiste en regular la sección transversal del flujo de salida de material desde el chute y en donde esa regulación puede ser hecha por una compuerta servo asistida comandada y controlada a distancia.
25. Aparato según la reivindicación 4 CARACTERIZADO porque el hardware que controla el peso del material al interior del chute a través de la regulación del flujo de material que corresponda puede ser un controlador del tipo PID (proporcional, integral, diferencial) o también un PLC (Programador lógico control).
26. Método según la reivindicación 7 CARACTERIZADO porque la constante de proporcionalidad entre el flujo másico de material de salida del chute y la velocidad de la correa de salida se puede obtener a través de un procedimiento que consiste en: fijar a una velocidad constante la velocidad de la correa de salida y medir su valor; la detención por pocos segundos del flujo de entrada de material; hacer la medición mediante el chute del flujo másico de salida;; calcular el cociente entre el flujo másico de salida y la velocidad de la correa de salida de material desde el chute.
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