CAPÍTULO 4. VALIDACIÓN Y APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO PARA PROCESOS DE OPTIMIZACIÓN
4.3. USO DEL MODELO ENERGÉTICO PARA RECOMENDACIONES ENERGÉTICAS CON UN CASO DE
4.3.2. Aplicación II Cambios en las relaciones de trituración por etapas
En las plantas de ciclo abierto se obtiene un material por cada etapa de trituración, en estos casos la relación de trituración de cada etapa de trituración es independiente de las demás etapas y dependerá de los productos áridos esperados.
Pero en las plantas de ciclo cerrado se obtiene un único producto final a través de las etapas de trituración, en el caso de las plantas con 2 o 3 etapas de trituración, se instalan y configuran las relaciones de los equipos de trituración para que logren obtener el material final esperado. En la mayoría de casos se conoce que la última etapa de trituración suele tener un mayor porcentaje de trabajo, debido a que es la única trituradora que está obligada a triturar el 100% del material que no cumpla con el tamaño final deseado, tal como se puede analizar en la figura 3 del presente trabajo. Entre los diferentes factores que existen para determinar la relación de trituración de estos equipos, el menor consumo de energía es uno de los factores más importantes de decisión. Con el modelo de predicción energética se realizará el ejercicio de estimar qué configuración de trituración presenta mejores consumos energéticos:
1. Caso 1: Instalación y configuración de 3 máquinas trituradoras con relaciones de trituración similares en las 3 etapas.
2. Caso 2: Instalación y configuración de 3 máquinas trituradoras con relación de trituración alta en las etapas 1 y 2, para reducir el consumo de la etapa 3.
4.3.2.1.
Variables de entrada del modelo
Para esta aplicación, se simulará una planta de tres etapas de ciclo cerrado, la cual utilizará las mismas curvas de producción de grava para la planta de la figura 44 en la sección 4.3.1.1.. Las características de configuración de la planta son:
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Tabla 40. Características de operación de la planta - Simulación aplicación II.
Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3
Configuración de la
planta Tipo cerrado
Horario de operación 8:00 – 17:00
Tamaño máx. piedra
inicial 1600 mm
Equipos de trituración Trituradora de
mandíbula Trituradora tipo cono Trituradora tipo cono
Control de velocidad
bandas Velocidad nominal de los equipos (200%)
No. Bandas transportadoras 3 bandas transportadoras 3 bandas transportadoras 5 bandas transportadoras Se han escogido estas máquinas trituradoras en cada etapa por la similitud de su operación, con el fin de considerar que el tipo de máquina en cada punto de altere esta simulación.
Por otra parte, la tabla 41 muestra las dos configuraciones de relación de trituración que se van a utilizar en las trituradoras y el tamaño del filtro de las zarandas vibratorias:
Tabla 41. Relaciones de trituración y tamaños de filtro - Simulación aplicación II.
Entrada Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3
Caso 1 Relación de trituración - 16:1 14:1 13:1 Tamaño de filtro (mm) 200 100 40 20 Caso 2 Relación de trituración - 20:1 20:1 13:1 Tamaño de filtro 100 50 30 20
Las características de altura y temperatura han sido simuladas de forma aleatoria, teniendo el mismo valor ambiental para ambos casos.
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4.3.2.2.
Resultados de simulaciones del modelo
Ambos modelos se simularon con la única variación de la relación de trituración de las máquinas trituradoras y el tamaño del tamiz de las zarandas vibratorias, a continuación, se realizará un análisis del comportamiento de la planta en general y de las principales máquinas involucradas en este cambio:
Figura 50. Resultados del consumo energético de la trituradora del primer ciclo - Simulación aplicación II.
El primer factor a tener en cuenta de estas simulaciones son los valores aleatorios del tamaño del material, por lo cual, los cambios de consumo no son directamente proporcionales al cambio en la relación de trituración durante cada hora, sino que a lo largo del día debe demostrar un comportamiento con consumo y picos de potencia más elevados, como se evidencia en la figura 50.
Figura 51. Resultados del consumo energético de la trituradora del segundo ciclo - Simulación aplicación II.
La segunda trituradora ha mostrado un comportamiento equilibrado en el consumo energético de los dos casos; a pesar de que su relación de trituración incrementó, el material que está llegando a esta trituradora es más pequeño, debido al nuevo tamaño de la zaranda del ciclo 1, y la nueva
101 relación de trituración del triturador de la etapa anterior. Sus consumos siguen siendo lo mismo, aún mientras entrega material de menor tamaño a la zaranda vibratoria de esta segunda etapa.
Figura 52. Resultados del consumo energético de la trituradora del tercer ciclo - Simulación aplicación II.
El objetivo del segundo caso de simulación era liberar de carga a la máquina trituradora de la tercera etapa. Al ser la única trituradora que debe garantizar el 100% de reducción del tamaño del material, el paso de material por este equipo es superior a los dos anteriores. En la figura 52 se demuestra que, al aumentar el trabajo de trituración de las dos máquinas de las etapas 1 y 2, la reducción en el consumo energético de la tercera etapa se hace evidente.
Finalmente, se debe considerar que todas las demás máquinas eléctricas que se conectan con estas trituradoras (bandas transportadoras y zarandas vibratorias) se ven afectadas por el tamaño y la cantidad de material que está pasando por cada etapa. Se considera que el cambio que ocurre en todos los equipos de cada etapa es proporcional al cambio del consumo de su máquina trituradora.
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102 La figura 53, ha mostrado, gracias al modelo de predicción energética de la planta que, con una configuración del segundo caso, en el que la tercera etapa tiene una relación de trituración menor, sus consumos pueden disminuir significativamente.
Tabla 42. Resumen de resultados de la simulación aplicación II.
Máquina eléctrica Consumo energético Caso 1 (kWh) Caso energético Caso 2 (kWh)
Ahorro de energía diaria % Ahorro de energía diaria
kWh % Trituradora ciclo 1 335,96 343,62 -7,65 -2,28% Trituradora ciclo 2 296,56 259,71 36,86 12,43% Trituradora ciclo 3 350,38 297,41 52,97 15,12% Total de consumo de la planta 2332,97 2170,73 162,24 6,95%
El modelo de predicción de energía permite, con información como la de la tabla 42, dar información al usuario acerca de las diferencias en el consumo de energía que va a tener dependiendo de los equipos de trituración que instale y sus relaciones de trituración en los que los configure, obteniendo el mismo producto final.
En usos como el de esta sección, el modelo va a permitir hacer ejercicios de optimización energética desde la etapa de planeación de este tipo de industrias.
4.4. RESUMEN DEL CAPÍTULO
Como se ha visto a lo largo de la sección 4.3., el modelo energético se puede aplicar en diferentes etapas de decisión de una planta, desde decisiones inmediatas de operación hasta en etapas de planeación o estudios económicos para viabilidades de implementación. A continuación, en la tabla 43 el autor del presente trabajo ha realizado un listado de algunas de las aplicaciones para las cuales podría ser utilizado el modelo energético con base en los resultados que entrega:
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Tabla 43. Aplicaciones del modelo predictivo de energía para plantas de fabricación de áridos.
Tipo de aplicación Aplicaciones del modelo de predicción energética
Aplicaciones en planeación a largo plazo
Comparación de tecnologías en el estudio adquisición de equipos
Análisis de consumos de reactivas para compensación de estas cargas
Clasificación de indicadores de consumo energético según el tipo de producto final obtenido para plantas de ciclo abierto
Aplicaciones operativas de corto plazo
Planeación de producción horaria con base en beneficios económicos por el precio de la energía por horas
Detección de cambios en los consumos por condiciones ambientales como indicador de productividad
Detección de oportunidades de ahorro energético con rutinas de uso de los equipos
Detección de puntos de consumo inconsistente – comparativa de consumo teórico respecto a mediciones de consumo real para encontrar fallas operativas.
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