TT-236. Abstract. Optimización de Sistemas de Bombeo para el Transporte de Fluidos en Minería

Transcripción

1 TT-236 La minería construye sueños Optimización de Sistemas de Bombeo para el Transporte de Fluidos en Minería 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 BLOQUE: Infraestructura: Agua y Energía Resumen Aproximadamente un 80% de la energía consumida en una operación minera está relacionada con actividades de bombeo de fluidos, por ejemplo; en una planta concentradora los sistemas de bombeo son normalmente utilizados en la conducción de pulpas, relaves, aditivos, el agua de proceso y otros fluidos. En una planta de lixiviación, los sistemas de bombeo se emplean en el riego de los pad s,, en el manejo de la solución rica, etc. De igual forma en la operación de presas de relave y en los sistemas de abastecimiento y tratamiento de agua para campamentos, etc.. La optimización del consumo de energía en los sistemas de bombeo (kwh/m3), puede revertir en una importante disminución de costos y por lo tanto en la cantidad de emisiones de CO2 asociadas al consumo de energía. El presente trabajo presenta una metodología para optimizar un sistema de bombeo en una operación minera; el esquema propuesto considera el uso de sistemas SCADA para el monitoreo y almacenamiento de las variables de proceso, el modelamiento hidráulico del sistema de impulsión, utilizando el modelo EPANET y se apoya en el potencial de cálculo numérico de MATLAB para el desarrollo de esquemas de optimización considerando su versatilidad a diversas topologías o esquemas de operación de los sistemas hidráulicos. Abstract Approximately 80% of the energy consumed into mining s operations is related to fluid pumping activities, for example; a concentrator pumping systems are normally used in driving pulps, tailings, additives, water and other fluids. In a leaching plants, pumping systems are used to irrigate the pad's, in the management of the PLS solution, etc. Likewise in the operation of tailings dams, water supply systems, camps and water treatment for the mining industry. The optimization of energy consumption in pumping systems (kwh/m3), can support a significant decrease in costs and therefore the amount of CO2 emissions associated with energy consumption. The present work presents a methodology for optimizing a pumping system to transport fluids in a mining operation, the proposed scheme consider the use of SCADA systems for monitoring and storage of process variables data, hydraulic modeling system drive, using EPANET model and the capability of MATLAB modules to develop optimization schemes under different topologies or operating hydraulics systems. INTRODUCCIÓN Los costos de energía asociados al transporte de fluidos en la industria minera representan un porcentaje importante del costo total de operación, por lo que el desarrollo de esquemas de optimización en sistemas hidráulicos puede y de hecho generan importantes ahorros a los costos operativos. De hecho la optimización de los sistemas de bombeo está enfocada a lograr que las bombas operen lo más cerca posible al punto de máxima eficiencia (PME), permitiendo la minimización del consumo de energía. Según Valdés,E.(2009) los sistemas de bombeo requieren aproximadamente un 20% de la demanda de energía eléctrica mundial y hasta un 50 % de la energía consumida en ciertas instalaciones industriales. En Minería, los costos de bombeo pueden variar dependiendo de los procesos productivos, sin embargo siempre van a significar un porcentaje importante del costo de energía

2 total. En las operaciones de Southern Peru el consumo de energía por este concepto puede representar no menos de un 15% del costo operativo. Así mismo la gestión inadecuada del mantenimiento y el funcionamiento de los sistemas de bombeo fuera de sus rangos de operación normal generará una disminución considerable de la vida útil de los equipos y el incremento del consumo de energía. Las características dinámicas de los procesos operativos en la industria minera, (reubicación de zonas de riego, adición de nuevas áreas productivas, variaciones topográficas importantes etc.) hacen que muchos de los sistemas de bombeo no se encuentren operando en condiciones óptimas para las cuales fueron diseñadas. La modificación de estas condiciones de operación o la adición de nuevos elementos hidráulicos en los sistema de bombeo existentes modificará el punto de operación que resulta de la intersección de la curva del sistema y la curva de la bomba; el nuevo punto de equilibrio puede estar fuera de zona de máxima eficiencia de operación de la bomba. 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. La baja eficiencia de los sistemas de bombeo se puede deber también a problemas en el diseño inicial, inadecuada selección de las bombas. A continuación se describen algunos de los procesos mineros en los que se producen constantes modificaciones en las condiciones de operación de sus sistemas de bombeo. En los procesos de lixiviación, los sistemas de bombeo deben de asumir importantes cambios de las condiciones de operación asociados a modificaciones de las áreas de riego, la variación de los niveles de las pilas de lixiviación, cambios drásticos en la evaporación que generan régimen variable de los caudales de riego. En mina, por ejemplo el tajo, los sistemas de drenaje de la mina deben de ajustarse de forma dinámica a los programas de extracción de mineral debiendo ser relocalizados o re-profundizados, así como también a las variaciones de caudal asociadas a los regímenes de precipitación. En operaciones mineras en el Perú una de las fuentes más importantes para el abastecimiento de agua a las operaciones suele ser el agua subterránea, la cual brinda una mayor confiabilidad-estabilidad en el abastecimiento de agua debido a que no son impactadas directamente por las variaciones de las precipitaciones como si ocurre en las fuentes de agua superficial. En el caso de la extracción de agua subterránea resulta común la presencia de cambios de las condiciones de operación debido a los cambios de los niveles piezométricos. Los niveles freáticos o piezométricos pueden tener variaciones anuales o interanuales que dependen de la variabilidad de las recarga debido a la presencia de grupos de años húmedos o secos (algo frecuente en el sur del país); a la influencia del régimen pluviométrico estacional o al impacto de los caudales de extracción. Por lo tanto existen diversos factores que pueden modificar las condiciones óptimas de operación en un sistema de bombeo, con lo cual la implementación de esquemas de optimización en el sector minero se convierte en un proceso dinámico, siendo importante la instalación de sensores, instrumentación, el uso de software hidráulico especializado, así como la aplicación de tecnología de control que permita disponer de información para realizar un adecuado modelamiento. Es común para la industria minera el uso de tecnología y soluciones que permiten a los operarios de las plantas supervisar y controlar variables de un proceso productivo desde un cuarto de control, siendo los sistemas SCADA (por las siglas en Ingles de Supervisory Control And Data Acquisition), las herramientas tecnológicas utilizadas para

3 gestionar el almacenamiento de información, la supervisión y el control de las variables del proceso en tiempo real, sin embargo es posible obtener beneficios adicionales empleando la información generada por los sistemas para desarrollar esquemas de optimización de procesos. rocoso por lo que son un fluido altamente abrasivo, siendo este un parámetro de interés en la selección del tipo de material de los equipos de impulsión. SISTEMAS DE BOMBEO EN APLICACIONES MINERAS Los sistemas de bombeo son elemento vitales para los distintos procesos desarrollados en las operaciones mineras, ya sea en minería de tajo abierto o subterránea son necesarias diversas aplicaciones hidráulicas de manejo de fluidos, como son las requeridas en los trabajos de extracción, conducción o tratamiento de agua, la recirculación de agua recuperada en procesos de flotación de minerales, el riego de los pads de Lixiviación, dosificación de aditivos, el bombo de relaves, sistemas de drenaje de tajos y túneles y un sin número de otras aplicaciones. En la figura 1 se muestra las instalaciones que componen un sistema de bombeo para el abastecimiento de agua en minería desde una fuente de aguas subterráneas. Las principales variables que deben de ser monitoreadas mediante la instalación de instrumentación son: el caudal, la presión, el nivel dinámico, la potencia y el consumo de energía. En caso de contar con variadores de frecuencia también es importante monitorear la velocidad de rotación de las bombas ( rpm). El tipo de bomba utilizado para esta aplicación corresponde a bombas centrifugas de turbina vertical multietapa, dependiendo de la profundidad de nivel en el acuífero se podrá utilizar motores sumergibles o convencionales con ejes. Los relaves o material de descarte de los procesos de concentración pueden representar un 97% del material de proceso más el agua requerida para el transporte. El relave está constituido por sólidos sin interés económico como son las sílices feldespatos y otras variedades de origen Figura N.1 Sistema de bombeo para agua subterránea para suministro. Es importante también considerar la velocidad crítica en las tuberías a fin de evitar la sedimentación o entrampamiento de los sólidos. Para esta aplicación se recomienda el uso de bombas de desplazamiento positivo. En la siguiente figura se muestra el sistema de bombeo para el transporte de relaves. Figura N. 2 Sistema de bombeo de relaves Otra componente importante en los procesos de concentración es la recuperación de agua, la cual se puede realizar desde la presa de relaves, o desde los espesadores.

4 (TPC/IP, modbus, profibus, etc) que viajan por una red de comunicación de datos (red industrial). Un sistema SCADA se compone básicamente de: Figura N. 3 Sistema de bombeo flotante en agua decantada de relaves En la siguiente figura 3 se muestra el sistema de bombeo flotante para la recuperación de agua desde de una laguna formada en la presa de relaves y en la figura 4 se muestra el sistema de bombeo utilizada para el agua de proceso. El tipo de bomba centrifuga utilizado para estas aplicaciones dependerá principalmente del caudal, de las propiedades del fluido (PH, contenido de sólidos, temperatura, etc.), de la perdidas de carga del sistema así como de la diferencia de nivel estático. Figura N. 4 Sistema de bombeo para agua de proceso SISTEMAS SCADA EN LOS PROCESOS DE MINERÍA Los sistemas SCADA son sistemas que permiten el monitoreo y control de equipos remotos mediante señales codificadas de acuerdo a protocolos de comunicación Sensores son dispositivos que se encuentran en contacto con el proceso físico y registran la variable de control, teniendo capacidad de realizar mediciones (escalamiento) y transformar la información en una señal eléctrica o enviarla mediante un protocolo de comunicación a otro dispositivo. Unidades de Terminal Remoto (RTU por sus siglas en inglés), son interfaces de hardware que tienen la función de conectarse a sensores remotos y convertir sus señales en digitales para enviarlas al sistema de supervisión. Controladores Lógicos Programables (PLCs por sus siglas en inglés), son procesadores que tienen la capacidad de conectarse con los sensores de campo, convertir sus señales en digitales, procesarlas mediante programas y enviarlas al sistema de supervisión. Interface Hombre Máquina (HMI por sus siglas en inglés), es un equipo de cómputo provisto de aplicaciones que brinda datos procesados al operador del equipo/planta. Base de Datos de Historización, es una aplicación que almacena y brinda métodos de acceso a los datos almacenados en formato de eventos. Aplicaciones relacionadas, se refiere a las aplicaciones de software para el desarrollo del sistema de supervisión (estaciones de ingeniería de control). Además se incluye las aplicaciones para visualizar información a partir de la base de datos de historización (datos y reportes en tiempo real, tendencias, notificaciones, etc). Ante el escenario critico de disponer de información de calidad en tiempo real, se recomienda una arquitectura redundante que asegure la alta disponibilidad de datos en sistema de supervisión (HMI) y en la base de datos de historización. Tal como se muestra en la siguiente figura.

5 Figura N. 5 Componentes de un sistema SCADA redundante Figura N. 6 HMI de un sistema SCADA Sistemas SCADA en Procesos de Minería En SouthernPeru existen numerosos desarrollos SCADA que controlan casi todos los procesos de la operación minera. Por ejemplo, dan soporte al proceso de minado, controlando la flota de palas, perforadoras y volquetes para realizar una operación óptima. En las concentradoras, los sistemas SCADA controlan el traslado de mineral por medio de fajas, el chancado, la molienda y flotación del concentrado. Asimismo, el proceso de relaves es soportado por un sistema SCADA que controla el sistema de bombeo y cicloneo para la recuperación de agua. Existen otros desarrollos SCADA como los implementados para el monitoreo de los sistemas de consumo de energía y los desarrollados para la operación de los sistemas de producción y distribución de agua. Como se observa en las figuras 6 y 7 los sistemas SCADA son muy útiles en la visualización de la información en tiempo real y en la construcción de tendencias para las variables de proceso, facilitando la toma de decisiones a los operadores de planta. Figura N. 7 Data y tendencias históricas en un sistema SCADA OPTIMIZACION La optimización consiste en la minimización o maximización del resultado de un proceso, para lo cual es necesario definir un objetivo de optimización denominado también función objetivo, el cual es un indicador cuantitativo que mide el performance del sistema analizado. Los objetivos de optimización son dependientes de ciertos elementos del sistema denominados variables o parámetros.

6 La optimización consiste en encontrar la combinación de variables que maximicen o minimicen la función objetivo. Es frecuente que las variables del proceso tengan restricciones numéricas asociadas a límites físicos, por ejemplo es posible definir límites máximos y mínimos para un caudal de proceso. El proceso de optimización se inicia con la definición de la necesidad de optimización, por ejemplo puede ser la minimización del consumo de energía, la maximización de la cobertura de agua, o la minimización de un costo operativo, etc. Necesidad de Optimización Elección de las variables Formulación de la función objetivo Modelo Matemático Formulación de las restricciones y los límites de las variables Elección de un método de optimización Revisión de la solución Figura N. 8 Proceso de Optimización El siguiente paso del proceso de optimización es el desarrollo del modelo conceptual del problema, en donde se definen las variables, la función objetivo y las restricciones, la descripción de estos elementos en términos matemáticos es conocida como modelamiento matemático. Formular un adecuado modelo matemático de un sistema es el paso más importante del proceso de optimización. En el caso de un sistema de bombeo la función objetivo puede ser definida de muchas maneras: en función de la minimización del consumo de energía, la maximización de cobertura a una demanda, minimizar o maximizar niveles freáticos, etc. Las variables que deben de ser consideradas en el proceso de optimización son diversas, por ejemplo; los diámetros de las tuberías, rugosidades, flujos, presiones, desniveles topográficos, regímenes de demanda, velocidad de la rotación de

7 bombas en la caso de contar con variadores de frecuencia, etc. Las restricciones son elementos del proceso de optimización que permiten las determinación de regiones factibles de operación, una adecuada determinación de las restricciones permitirá acelerar la obtención de resultados, más aun cuando se trabaja con sistemas hidráulicos complejos en espacios de búsqueda multivariados. Para el caso de sistemas hidráulicos es posible acotar los caudales, las velocidades en tuberías, las presiones, los diámetros, etc. En el ejemplo analizado, la necesidad de optimización es la minimización del consumo de energía de un sistema de cuatro pozos, mediante la operación de variadores de frecuencia ante una demanda establecida, el modelo brindará la combinación de caudales óptima. Dado que se trata de un sistema existente, muchas de las variables ya están establecidas, relacionadas con las características hidráulicas del sistema, como por ejemplo los diámetros de las tuberías o las rugosidades ya están definidos. El modelo hidráulico en EPANET será construido con toda la información existente y deberá representar de forma adecuada las diferentes condiciones de operación, La función objetivo del proceso de optimización de define como la sumatoria de los consumos de energía de las bombas. Las variables a optimizar son las velocidades de rotación de las bombas, las restricciones están implícitas en el modelo hidráulico y en los grados de libertad que se dan a las variables. Por ejemplo las velocidades de rotación de las bombas pueden ser cero (cuando la bomba está apagada) o variar de 70 a 100% (condición de operación recomendada). APLICACIÓN DE METODO DE OPTIMIZACIÓN En el trabajo se combina la capacidad de EPANET en la resolución de modelos hidráulicos, la información generada por los sistemas SCADA y el potencial de procesamiento de MATLAB para la determinación del punto óptimo de operación del sistema. La metodología planteada considera los siguientes pasos: Recopilación de la información del sistema, Para la construcción del modelo hidráulico se requiere contar con la topología de la red, tipos de tuberías, diámetros, rugosidades, accesorios y válvulas, así como características de las bombas y motores, etc. Para incluir el comportamiento del acuífero se requiere contar para cada pozo con información de caudales y niveles dinámicos a fin de construir una función que relacione el caudal y el nivel dinámico. Construcción del modelo hidráulico, La metodología planteada considera el desarrollo de 2 modelos hidráulicos construidos en el software EPANET. El modelo 1: Figura 9 es un modelo parcial que considera principalmente el sistema de conducción por tuberías. En este esquema los caudales se ingresan como demandas negativas en los nodos de inicio y no se consideran ni las bombas ni el acuífero. El modelo 2: figura 10 corresponde al modelo total que incluye las curvas de las bombas y el comportamiento del acuífero. Debido a que EPANET no cuenta con un elemento Pozo, las relaciones de caudal y nivel dinámico del acuífero se ingresan al modelo con una función de pérdida de carga en la válvula correspondiente a cada pozo. Se requiere obtener una función que relacione el abatimiento del nivel freático con el caudal correspondiente. En la figura 11 se muestra una función de ajuste lineal a las variaciones del abatimiento. Dependiendo de la complejidad de la función del abatimiento del pozo, EPANET permite realizar ajustes lineales por intervalos de caudal.

8 Abatimiento H(m) La minería construye sueños abatimiento del pozo sea estimada a partir de datos estabilizados. Variación del Abatimiento en función del Caudal H= Q Q vs DH Linear (Q vs DH) Caudal (L/s) Figura N. 11 Variación del abatimiento en función del caudal En la siguiente gráfica se muestra la representación de los pozos en el modelo hidráulico EPANET. El nivel estático del acuífero se modela como un reservorio, con una cota de agua igual a la del nivel estático. Figura N. 9 Modelos A EPANET del caso de estudio Figura 12 Representación de Pozos en un modelo hidráulico La función de abatimiento de cada pozo se ingresa como una función de pérdida de carga a la válvula ubicada aguas arriba del reservorio. Para una adecuada representación de las presiones y la posterior calibración, se requiere suministrar al modelo las cotas correspondientes a la bomba y el nodo superior, en el cual se debe instalar un manómetro de control. Variación de la velocidad Figura N. 10 Modelos B en EPANET del caso de estudio Dado que los acuíferos tienen un tiempo de respuesta lento ante las variaciones del caudal se requiere que la función del Los variadores de frecuencia son dispositivos electrónicos que permiten el control de la velocidad de los motores, haciendo posible la rotación de las bombas a velocidades distintas de la nominal. Este es el recurso principal utilizado para la regulación del abastecimiento. Permitiendo ajustar la producción de cada pozo en función de la demanda requerida.

9 Real centrifugas, en las cuales existe una dependencia entre el caudal, la presión, la potencia y las revoluciones del motor, según: Nivel estático Caudal: [1] Función (H,Q) H Nivel dinámico Presión: [2] Nivel estático Bomba Motor Potencia: [3] Modelo Nodo Tubería Los variadores de frecuencia son recomendables en sistemas gobernados por cargas dinámicas o en donde las condiciones de operación requieren importantes variaciones del caudal. Reservorio Bomba Válvula. Función (H,Q) como perdida de carga Figura N. 12 Representación de Pozos en un modelo hidráulico Desde el punto de vista operativo los variadores de frecuencia permiten el arranque suave de los motores, limitando la tensión de puesta en marcha. La capacidad de variación de la velocidad de rotación de las bombas permite tener un control permanente del caudal y presión del sistema. Sin embargo, es el ahorro de energía una de las principales aplicaciones de los variadores de frecuencia, permitiendo realizar variaciones del caudal manteniendo las condiciones óptimas de eficiencia de bombeo. El comportamiento de las bombas a diferentes velocidades se determina mediante las leyes de semejanza de las bombas En sistemas gobernados por la carga estática o en condiciones de operación constante su efectividad es discutible. En la figura 13 A se muestra las curvas características de un sistema dominado por cargas estáticas, observándose que modificaciones de la velocidad de rotación no produce una reducción importante de la altura de bombeo, mientras sí una reducción del caudal. Por otro lado, desde el punto de vista operativo, existe una limitación importante de la rotación mínima debido a que la curva de la bomba debe de intersectarse siempre con la curva del sistema, en caso contrario la bomba estaría rotando con un gasto igual a cero, lo que para un periodo extenso provoca serios daños a la bomba. En la figura 13 B se muestra el caso de un sistema dominado por cargas dinámicas, en la cual se observa que la reducción de la altura de bombeo es importante en comparación con la reducción del caudal, y por lo tanto resultan los ahorros en consumo de energía importantes.

10 Altura Altura Altura La minería construye sueños a Estática a del Sistema Sistema Dominados por Carga Dinámica Curva de la Bomba registros observados para un amplio rango de operación. El proceso de calibración puede incluir ajustes en la rugosidad de la tubería, revisión de las curvas características de las bombas, ajuste de perdidas locales o la modificación de otro atributo del modelo que puede afectar los resultados de la simulación. H Curva del Sistema Curva de la Bomba H Flujo Sistema Dominados por Carga Estática Curva del Sistema H Debido a que la metodología considera la construcción progresiva del modelo hidráulico total, el proceso de calibración se debe realizar con el mismo esquema, es decir de forma progresiva. Modelo 1: la información requerida para la calibración de este modelo son pares de datos de caudal y presión manométrica en cada pozo, Sistema tomados Dominados de forma por Carga simultánea Dinámica y considerando variaciones de la velocidad de las bombas. Los datos de caudal se ingresan al modelo como demandas negativas en el nodo correspondiente. Se compara presión calculada por el modelo con la observada. Curva de la Bomba Modelo 2: El modelo total se construye sobre H el modelo parcial de tuberías calibrado Flujo Figura N. 13 Curvas de sistemas para sistemas con cargas predominantes estáticas y dinámicas Calibración del modelo hidráulico La calibración es el proceso de comparar los resultados del modelo con las observaciones de campo, evaluando la necesidad de hacer ajustes al modelo de modo que las predicciones calculadas correspondan con los (modelo 1), agregando la función de abatimiento de cada pozo y las curvas características de las bombas. La calibración del modelo requiere de la siguiente información: velocidad de rotación, caudal, Curva del Sistema presión, potencia y Flujo nivel freático registrados en cada pozo de forma simultánea. Se compara la presión, caudal y potencia calculada por el modelo a partir de las velocidades de rotación de las bombas. Luego del proceso de calibración se cuenta con un modelo hidráulico que nos proporciona valores adecuados de la energía requerida bajo distintas condiciones de operación, con lo cual el modelo hidráulico se convierte en la función objetivo a optimizar.

11 Figura N. 14 Resultados de la calibración del modelo M1 Optimización del sistema En un sistema de bombeo de agua subterránea, generalmente existe un rango limitado de variaciones de la velocidad de las bombas, debido a la importante componente de carga estática típica de estos sistemas, por otro lado; operativamente si se utilizan motores sumergibles, se requiere de una velocidad mínima para asegurar su refrigeración. El rango de variaciones de la velocidad de las bombas se ha definido entre 70 y 100 %, adicionalmente se ha incluido la posibilidad de que los motores estén apagados. Se ha comprobado que para el 70% de la RPM nominal en ningún caso se produce un caudal igual a cero. El procedimiento de optimización consistió en realizar una búsqueda exhaustiva considerando un paso de búsqueda definido. A continuación se describe el planteamiento del problema de optimización. a) Variables de diseño: Velocidad de rotación de las bombas (i,j,k,l) de los pozos P1, P2, P3, P4, respectivamente. b) Función objetivo: Sumatoria del consumo de energía en cada pozo. Donde: corresponde a la energía consumida en los pozos P1, P2, P3, P4, respectivamente. c) Restricciones de igualdad: La suma de caudales en cada pozo debe ser igual al caudal demandado.

12 d) Restricciones de desigualdad: los caudales en cada pozo deben de estar dentro de rangos de operación. Q1min < Q1 (i, j, k, l) < Q1max independiente y en Matlab se deberá construir los esquemas de optimización considerando la información agregada. Es posible que la función objetivo sea generada con información de uno o más modelos hidráulicos. Q2min < Q2 (i, j, k, l) < Q2max Q3min < Q3 (i, j, k, l) < Q3max Q4min < Q4 (i, j, k, l) < Q4max e) Limites: (Rango de variación de la velocidad de rotación de los motores, la RMP mínima debe ser verificada para evitar que la influencia entre bombas genere caudales Q=0 L/s y la cavitación en las bombas. En el caso de motores sumergibles se requiere un flujo mínimo para asegurar el enfriamiento del motor. Realizando simulaciones en el modelo hidráulico, Se ha verificado que con un valor de 70% de la RPM nominal no se produce un caudal igual a cero en ninguna bomba. imin< i < imax jmin< j < jmax kmin< k < kmax lmin< l < lmax En la figura 15 se describe el esquema utilizado en el proceso de optimización. La información generada por el sistema SCADA sirvió para realizar el proceso de calibración del modelo hidráulico en EPANET, sin embargo es posible realizar ajustes del modelo con información en tiempo real, lo cual es muy útil en el caso de sistemas dinámicos como son los empleados en minería. EPANET requiere que los elementos de un sistema hidráulico estén interconectados, sin embargo es posible tener en un proceso minero sistemas de bombeo hidráulicamente independientes, en dicho caso se deberá modelar en EPANET cada sistema de forma Figura N. 15 Esquema de Optimización Elaboración de reglas de operación A partir de la compilación de los resultados obtenidos para el rango de caudales definido, se elaboró la tabla 1 con las distintas condiciones de operación: caudales, combinación de bombas y velocidades de rotación que producen el mínimo consumo de energía del sistema, para un caudal requerido

13 Energía (kw) La minería construye sueños de 340 L/s. El modelo brinda una combinación de porcentajes de rotación que deberían ser asignados a cada motor para producir el caudal demandado utilizando el mínimo consumo de energía. La ventaja de contar con un modelo matemático del sistema es que pueden evaluarse muchos escenarios, en el caso planteado se evaluaron cerca de 1500 alternativas, algunas de las cuales generaban hasta un 25% más de energía para el mismo caudal requerido. Construido y calibrado un modelo hidráulico es posible analizar diversos escenarios de optimización que se ajusten a los procesos operativos, por ejemplo cuál es la regla de operación en el caso de que una de las bombas entre en mantenimiento? O cuál sería el caudal máximo a extraer manteniendo un nivel freático de control?, etc. Tabla N. 1 Resultados del modelo Potencia KW Caudal (L/s) % Rot P1 % Rot P2 % Rot P3 % Rot P CONSUMO DE ENERGIA TOTAL VS ESCENARIOS Q= 340 L/s Escenarios Figura N. 16 Resultados del algoritmo de optimización Q Total =340 L/s

14 CONCLUSIONES La metodología desarrollada permite intervenir sobre un sistema de bombeo que viene operando con una determinada eficiencia e implementar estrategias de gestión en las velocidades de rotación de las bombas para minimizar los costos de energía. Contar con un modelo hidráulico asociado al de optimización facilita la evaluación de los escenarios de operación de las bombas que permitan justificar económicamente el cambio de algún equipo de bombeo. Esta metodología tiene un bajo costo de implementación y requiere de seguimiento, sin embargo los beneficios económicos asociados a los ahorros de energía pueden ser muy importantes. Es posible que se esté subestimando el potencial de mejoras en las operaciones mineras que pueden generar la información generada por los sistemas SCADA. Las características dinámicas de los procesos operativos en la industria minera, van a impactar sobre las condiciones óptimas de operación en un sistema de bombeo, con lo cual la implementación de esquemas de optimización en el sector minero se convierte en un proceso dinámico, que puede revertir en una importante disminución de costos y por lo tanto en la cantidad de emisiones de CO2 asociadas al consumo de energía. Referencias Maidment D.R Arc Hydro GIS for Water Resources, ESRI Press Esteve, R. H., & Valdés, Y. M. (2009). Estaciones de bombeo: evolución y futuro. Revista de Ingeniería Hidráulica y Ambiental, 30(2), Lansey, K. E., and Awumah, K. (1994). Optimal pump operations considering pump switches. J. Water Resour. Plng. and Mgmt., ASCE, 120(1), Moreno M.A., Planells P., Córcoles J.I., Tarjuelo J.M,. Carrión P.A. (2009). Development of a new methodology to obtain the characteristic pump curves that minimize the total cost at pumping stations. Biosystem Engineering, 102 (2009) MathWorks MATLAB (R2006a), MathWorks, Natick, Mass. Nitivattananon, V., Sadowski, E. C., and Quimpo, R. G. (1996). Optimization of water supply system operation. J. Water Resour. Plan. Manage., Vol. 122 (5), Rossman, L. A EPANET 2.0: User s manual, National Risk Management Research Laboratory, U.S. USEPA, Cincinnati. Vicente S. Fuertes Miquel, Rafael Pérez García, Javier Martínez Solano, Amparo López Jiménez (2006). Optimizacion del sistema formado por la estación de bombeo, la tubería de impulsión y el depósito de regulación, Seminário Iberoamericano sobre Sistemas de Abastecimento Urbano de Água. Walski (2003). Advanced Water Distribution Modeling And Management, 1ra Edición, Haestad Press. A Burcu Altan Sakarya1 and Larry W. Mays (2000). Optimal Operation of water distribution pumps considering water quality J. Water Resour. Plng. and Mgmt., ASCE, Vol. 126, No. 4, Sánchez Romero C. De Piérola Canales, José, Centeno M. A. (2012) Optimización del consumo de energía de sistemas de bombeo en acuífero. Congreso Latinoamericano de Hidráulica.