Thesis DESARROLLO Y VALIDACIÓN DE SENSOR PARA LA MEDICIÓN DE VARIABLES DE DISPERSIÓN DE GAS EN FORMA CONTINUA EN CELDAS DE FLOTACIÓN
Date
2019-12
Authors
DA SILVA VERDUGO, CRISTÓBAL
DA SILVA VERDUGO, CRISTÓBAL
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Abstract
El proceso de concentración de minerales a través de flotación, se basa en la colección
selectiva de materiales hidrofóbicos a mediante la inyección y dispersión de burbujas de gas. La
eficiencia del proceso, resultados metalúrgicos (ley/recuperación), son dependientes de las
características hidrodinámicas de la celda de flotación, por tanto, su medición en línea permitiría
optimizar el proceso. La caracterización hidrodinámica considera, principalmente, la
distribución de tamaño de burbujas, la fracción volumétrica de gas, y la velocidad superficial
del gas. No obstante, la medición en línea de estos parámetros resulta compleja, dada la
naturaleza del proceso con una dispersión de partículas de distinto tamaño en solución (pulpa),
burbujas de gas distribuidas en la pulpa, en un equipo de difícil acceso y en un ambiente agresivo
(polvo, agua, vibración, movimiento de cargas).
En este contexto, se propuso implementar y validar un sensor continuo basado en la
medición de cambios dinámicos de presión en cámaras de acumulación de gas, hardware de
monitoreo y control, con software inteligente para la estimación en línea de: velocidad
superficial de gas (Jg), densidad de la pulpa aireada, fracción volumétrica de gas y altura del
colchón de espuma (HF). Para esto se diseñó un prototipo industrial, basado en la solicitud de
patente de invención UTFSM - UCN. El prototipo, sistema de medición, contempla tubos
concéntricos de muestreo, 10 cm de diámetro y 1.6 m de largo, enlazado vía conexión neumática
a sensores de presión piezoeléctrico, un flujómetro másico de gas, y un arreglo de válvulas de
solenoide, conectados a una interfase Opto22 comunicada a un computador industrial,
configurado con un algoritmo de cálculo desarrollado en Python. Para validar la fenomenología
de la técnica de medición, se realizó el modelamiento del sensor, y respectivo análisis de
propagación de error de las variables involucradas.
Con el sistema de medición industrial, se realizó una validación de laboratorio de la
técnica de medición, basada en la acumulación, con un flujómetro másico de referencia
conectado directamente al tubo de acumulación. Posteriormente se evalúa el sensor Jg en una
celda piloto de 1200 L, donde se sensibiliza respecto a la posición espacial acorde a un flujo
global de gas. Finalmente, se realiza una validación industrial del sensor de colchón de espuma
en la Minera Don Alberto, en un circuito de flotación con celdas mecánicas de 8 m3.
Los resultados de la validación de Jg en laboratorio presentan un error estándar de ±0.3
[cm/s] para un rango de evaluación de 1.4 – 2.4 cm/s, frente a un flujómetro másico de
referencia. Para la validación en celda piloto, la desviación estándar de la medición fue de ±
0.07 [cm/s] y se observa que el instrumento es capaz de medir el perfil de flujo generado en la
cámara dada la turbulencia y patrones de flujo interno, con desviación 16% respecto del valor
promedio global (error relativo).
Para validación en planta en celdas industriales Wemco 300, en turnos 12 horas, se
realizaron mediciones del colchón de espuma, velocidad de gas y densidad de pulpa. El error
estándar de la medición de colchón de espuma fue de ±0.44 [cm/s] respecto a un flotador de
referencia con un error intrínseco ±0.33 [cm]. Respecto del flujo de gas, se evidencia un perfil
parabólico de velocidad de gas (Jg), en un rango de 0.56 a 1.3 [cm/s], consistente con lo
encontrado en literatura en celdas de mayor escala.
De las validaciones en las tres escalas, se puede concluir que el instrumento es capaz de
inferir en forma sistemática y continua los parámetros de dispersión. Con error de medición
máximo del 15% para el Jg y 5% para el HF, para los respectivos rangos de operación (0.5 – 2.5
cm/s y 0 – 9 cm). Finalmente, para futuros trabajos se recomienda la adición de un sistema de
autocalibración de Jg y contraste HF con medición manual para el prototipo comercial, con el fin
de mejorar la robustez en las mediciones. De igual manera se debe estudiar las dimensiones de
los tubos de muestreo, considerando la ventajas y desventajas que se tienen en la propagación
de errores en la estimación del Jg y HF.
Description
Keywords
FLOTACIÓN , SENSORES , INSTRUMENTACIÓN , AUTOMATIZACIÓN
