Pumping Systems Optimization for Mining Applications

Transcripción

1 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

2 Índice Agua y energía Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras Sistemas SCADA en los procesos mineros Caso de optimización Conclusiones

3 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

4 Agua y Energía Consumo de energía en Chile Consumo de energía en Perú Fuente: MINEM Fuente: Cochilco, data del Ministerio de Energía, Chile.

5 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 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).

6 APLICACIONES

7 Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras Sistema de bombeo flotante en agua decantada de relaves Sistema en paralelo 05 EA, Bombas Turbina Vertical.

8 Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras Sistema de bombeo de agua decantada Sistema en paralelo 06 EA, Bombas Turbina Vertical.

9 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 )

10 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;

11 Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras Centrifugal Slurry Pump Sistema en Stand by 02 EA, Centrifugal Slurry Pump, ASH 20x rpm Flujo: 2300M3/hora Potencia: 1000 hp;

12 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.

13 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.

14 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. Causas Mala selección de la bomba Sobre dimensionamiento de las tuberías Envejecimiento de las tuberías Modificación de las condiciones de operación

15 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

16 Sistemas SCADA en los procesos mineros

17 Caso de Optimización Real Modelo ADT Presión P= Q* ADT 75*n Q Nodo Tubería Nivel estático Reservorio Función (H,Q) H Nivel dinámico Bomba Nivel estático Válvula. Función (H,Q) como perdida de carga 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.

18 Caso de Optimización Real Matlab Optimization Toolbox Epanet Tookit Modelo Hidráulico EPANET Instrumentación Base de Datos PI; SQL El modelo debe reproducir: Presión, Caudal, Potencia, en función de las RMP.

19 Optimización Necesidad de Optimización Elección de las variables Objetivo Minimizar el consumo de energía a una demanda establecida Variables Velocidad de rotación de las bombas (i,j,k,l) Función objetivo Formulación de la función objetivo Modelo Matemático Restricciones de igualdad Formulación de las restricciones y los límites de las variables Elección de un método de optimización Revisión de la solución Restricciones de desigualdad Q1min < Q1 (i, j, k, l) < Q1max Q2min < Q2 (i, j, k, l) < Q2max 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

20 Resultados 42 KW, representa un ahorro aproximado de 42,000 usd por año. Reglas de operación, con mínimo consumo de energía

21 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.

22 GRACIAS. Carlos Sánchez Romero Recursos Hídricos Toquepala