Pumping Systems Optimization for Mining Applications

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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

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Índice

• Agua y energía

• Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras

• Sistemas SCADA en los procesos mineros

• Caso de optimización

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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

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Agua y Energía

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

Consumo de energía en Chile Consumo de energía en Perú

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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).

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Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras

Sistema de bombeo flotante en agua decantada de relaves

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Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras

Sistema de bombeo de agua decantada

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Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras

Sistema de bombeo de relaves

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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;

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Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras

Centrifugal Slurry Pump

Sistema en Stand by 02 EA,

Centrifugal Slurry Pump, ASH 20x18 1780rpm Flujo: 2300M3/hora Potencia: 1000 hp;

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Sistemas de bombeo en aplicaciones mineras

Sistema de bombeo para agua subterránea

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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.

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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

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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

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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 Modelo Real Función (H,Q) H Presión ADT Q P= 75*n Q* ADT

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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.

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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 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

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Resultados

42 KW, representa un ahorro aproximado de 42,000 usd por año.

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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.

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GRACIAS.

Carlos Sánchez Romero

Recursos Hídricos Toquepala