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Pumping Systems
Optimization for
Mining Applications
Carlos Sánchez Romero, Jefe de Recursos Hídricos de Southern Peru Toquepala
José Nicolás De Piérola C., Gerente de Recursos Hídricos de Southern Peru
James Ponce, Tecnología de información de SouthernPeru Toquepala
Índice
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Agua y energía
Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras
Sistemas SCADA en los procesos mineros
Caso de optimización
Conclusiones
Agua y Energía
• El agua requiere energía y la
energía requiere agua.
• Los suministros son limitados y
la demanda es cada vez mayor.
• Ahorrar energía es ahorrar agua
y ahorrar agua es ahorrar
energía .
• Es imprescindible implementar
políticas de mejora de la
eficiencia del uso del agua y de
la energía.
Fuente: MINEM
Fuente: ONU, waterday 2014
Agua y Energía
Consumo de energía en Chile
Consumo de energía en Perú
Fuente: MINEM
Fuente: Cochilco, data del Ministerio de Energía, Chile.
Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras
• “Aproximadamente el 8% de la generación de energía global se utiliza
para la extracción, el tratamiento y el transporte de agua.” ONU 2014.
• “Los sistemas de bombeo requieren aproximadamente un 20% de la
demanda de energía eléctrica mundial y en ciertas industrias puede
significar hasta un 50% de la energía consumida.” Valdes E. (2009).
• “Los sistemas de bombeo son intensivos en energía, y por lo tanto su
optimización constituye una gran área de oportunidad.” Tomas
Medina(2014).
• Para Southern Copper los sistemas de bombeo representan
aproximadamente un 15 % del costo operativo (2014).
APLICACIONES
Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras
Sistema de bombeo flotante en agua decantada de relaves
Sistema en paralelo 05 EA, Bombas Turbina Vertical.
Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras
Sistema de bombeo de agua decantada
Sistema en paralelo 06 EA, Bombas Turbina Vertical.
Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras
Sistema de bombeo de relaves
Sistema en paralelo 03 EA, Potencia: 900 hp; Wirth piston diaphragm slurry pumps, TPM 220 (12”x14”)
Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras
Sistema de bombeo para agua de proceso
Sistema en paralelo 04 EA, Bombas centrífugas Monoetápica, partida axialmente,
Flowserve, 10-LNH-26, 1800rpm, Potencia: 1500 hp;
Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras
Centrifugal Slurry Pump
Sistema en Stand by 02 EA,
Centrifugal Slurry Pump, ASH 20x18
1780rpm Flujo: 2300M3/hora
Potencia: 1000 hp;
Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras
Sistema de bombeo para agua subterránea
Bombas Turbina Vertical multietapa, Gouls Pump, Modelo VIT CT 10X14 JHC, 1800 rpm, Potencia: 250 Hp.
Punto de operación y curva del sistema
Ventajas de operar en el BEP
• Mínimo consumo de energía.
• Reducción del riesgo de
cavitación.
• Disminución de vibraciones.
• Menores costos de
mantenimiento.
Punto de operación y curva del sistema
La operación de los sistemas de bombeo fuera de
su zona de máxima eficiencia disminuye
drásticamente la eficiencia del sistema
impactando en el incremento del consumo de
energía.
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Causas
Mala selección de la bomba
Sobre dimensionamiento de las tuberías
Envejecimiento de las tuberías
Modificación de las condiciones de operación
Sistemas SCADA en los procesos mineros: Instrumentación
Transmisor de
Presión
Salida de 4 – 20 mA
Transmisor de Caudal
IMT25 - HART
Caudalómetro
Electromagnético
9100A Magnetic
Flowtube
Procesador Logix 5562
Memoria 1756-L62 - PI
Modulo HART 1756sc-IF8H
Sensor de Presión:
Nivel dinámico
Salida de 4 – 20 mA
Variador de
Frecuencia
Medidor de
energía
Sistemas SCADA en los procesos mineros
Caso de Optimización
Real
Modelo
P= Q* ADT
75*n
ADT
Presión
Q
Nodo
Tubería
Nivel estático
Reservorio
H
Función (H,Q)
Nivel dinámico
Bomba
Nivel estático
Bomba
Motor
Características :
• 4 Pozos, caudales entre 50 y 120 L/s.
• Abatimientos entre 10 y 65 m.
• Potencias 250 hp.
• Tuberías: 10”, 24”, 28”, Long: 12km.
• Variadores de velocidad.
• Sistema SCADA de control.
Válvula.
Función (H,Q) como perdida de carga
Caso de Optimización
Real
Matlab
Optimization Toolbox
Epanet Tookit
Instrumentación
Base de Datos
PI; SQL
Modelo Hidráulico
EPANET
El modelo debe reproducir:
Presión, Caudal, Potencia,
en función de las RMP.
Optimización
Objetivo
Minimizar el consumo de energía a una demanda establecida
Variables
Velocidad de rotación de las bombas (i,j,k,l)
Necesidad de Optimización
Función objetivo
Elección de las variables
Formulación de la función objetivo
Formulación de las restricciones y los límites de las variables
Elección de un método de optimización
Modelo
Matemático
Restricciones de igualdad
Restricciones de desigualdad
Q1min < Q1 (i, j, k, l) < Q1max
Q2min < Q2 (i, j, k, l) < Q2max
Revisión de la solución
Q3min < Q3 (i, j, k, l) < Q3max
Q4min < Q4 (i, j, k, l) < Q4max
Límites
imin< i < imax
jmin< j < jmax
kmin< k < kmax
lmin< l < lmax
Resultados
42 KW, representa un ahorro
aproximado de 42,000 usd por
año.
Reglas de operación, con mínimo consumo de energía
Conclusiones
• Ante el incremento de las demandas sobre las fuentes de agua y de
energía, la sostenibilidad de las operaciones mineras requerirá de mayores
esfuerzos para implementación de procesos de optimización y uso
eficiente de los recursos.
• La optimización de los sistemas de bombeo representa una importante
oportunidad para el ahorro de costos en el sector minero, debido al uso
intensivo de energía requerido.
• Es necesario cerrar el ciclo de la instrumentación y el almacenamiento de
información con el análisis, modelamiento de datos y el desarrollo modelos
de optimización.
GRACIAS.
Carlos Sánchez Romero
Recursos Hídricos Toquepala
Email: [email protected]