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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

• 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

Fuente: Cochilco, data del Ministerio de Energía, Chile.

Fuente: MINEM

Consumo de energía en Chile

Consumo de energía en Perú

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


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


Sistema de bombeo de agua decantada Sistema en paralelo 06 EA, Bombas Turbina Vertical.


Sistema de bombeo de relaves Sistema en paralelo 03 EA, Potencia: 900 hp; Wirth piston diaphragm slurry pumps, TPM 220 (12”x14”)


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;


Centrifugal Slurry Pump

Sistema en Stand by 02 EA, Centrifugal Slurry Pump, ASH 20x18 1780rpm Flujo: 2300M3/hora Potencia: 1000 hp;


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.

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

Punto de operación y curva del sistema

Sistemas SCADA en los procesos mineros: Instrumentación

Procesador Logix 5562 Memoria 1756-L62 - PI Modulo HART 1756sc-IF8H

Transmisor de Caudal IMT25 - HART

Caudalómetro Electromagnético 9100A Magnetic Flowtube

Transmisor de Presión

Salida de 4 – 20 mA

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

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.

Bomba

Motor

Nivel estático

Nivel estático

Nivel dinámico

Bomba

Válvula.

Función (H,Q) como perdida de carga

Reservorio

Nodo

Tubería

ModeloReal

Función (H,Q)

H

PresiónADT

Q

P=75*n

Q* ADT

Caso de Optimización

Real

Instrumentación

Modelo Hidráulico EPANET Matlab

Optimization Toolbox Epanet Tookit

Base de Datos PI; SQL

El modelo debe reproducir: Presión, Caudal, Potencia, en función de las RMP.

Optimización

Revisión de la solución

Elección de un método de optimización

Formulación de las restricciones y los límites de las variables

Formulación de la función objetivo

Elección de las variables

Necesidad de Optimización

Modelo Matemático

Función objetivo

Variables

Objetivo

Minimizar el consumo de energía a una demanda establecida

Velocidad de rotación de las bombas (i,j,k,l)

Restricciones de igualdad

Restricciones de desigualdad

Q1min < Q1 (i, j, k, l) < Q1max




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]

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