ACCIONAMIENTOS SIN ENGRANAJES PARA MOLINOS GMD

Los GMD’s son los accionamientos para molinos más eficientes y versátiles que existen en el mercado, con prestaciones específicamente desarrolladas para plantas concentradoras. Un accionamiento sin engranajes, es un sistema que utilizara directamente la fuerza electromotriz generada por el motor eléctrico para accionar el molino.

En este concepto, no existen acoplamientos ni engranajes, ya que el mismo cuerpo del molino se convierte en el rotor del motor. Esto se logra instalando polos en una brida que se encuentra instalada alrededor del molino, dichos polos posteriormente serán cubiertos por una estructura metálica que internamente cuenta con bobinas distribuidas alrededor de la misma, la cual se convierte en el estator del motor. Estos accionamientos poseen tres aspectos que lo hacen distintivos; los motores síncronos tipo anillo, los transformadores para convertidores y el E-house.

Los motores tipo anillo serán instalados alrededor de los molinos de bolas de 27 pies. Cada motor será de 22 MW con una velocidad nominal de 11.17 rpm. Estos motores contaran con el nuevo sistema de aislamiento VPI que incrementa considerablemente la confiabilidad del motor. De igual forma contara con el nuevo sistema de acuñado (ripple spring), nuevo sistema de monitoreo de entrehierro fijo y rotativo, protección diferencial del motor, provisión para monitoreo en línea de descargas parciales, monitoreo de temperatura del rotor y el equipamiento necesario para el diagnóstico remoto de los motores, dentro de las principales mejoras e innovaciones.

Por su parte, los transformadores para convertidores serán diseñados y fabricados de acuerdo con los altos requerimientos del proyecto. Uno de los grandes retos es construir los transformadores para que operen en el sistema eléctrico que tiene prácticamente una capacidad casi infinita, lo que requiere que se instalen transformadores con mayor robustez.

Los E-houses son salas eléctricas prefabricadas los cuales contienen: ciclo convertidor de 12 pulsos, convertidor de excitación, CCM’s controlador del sistema de accionamiento, sistema de monitoreo de video, monitoreo de transientes, equipamiento de protección diferencial del motor y transformadores de convertidor y UPS. El controlador del sistema de accionamientos es de última generación y alta velocidad, dicho controlador es llamado AC800PEC, el cual ha sido desarrollado por ABB exclusivamente para aplicaciones de electrónica de potencia.

Los accionamientos sin engranajes para molinos brindan las siguientes funciones:

- Protección contra carga solidificada.- Velocidad mínima para inspección continua del revestimiento interno del molino y

posicionamiento exacto del molino a determinado ángulo para labores de mantenimiento.

- Operación bi-direccional.- Arranque suave.- Limitación de par de arranque.- Parada controlada para evitar oscilaciones.

Las principales ventajas de estos sistemas son:

- No se requiere reductores, cojinetes de motor o piñones.- Mínima cantidad de componentes mecánicos.- No se requiere grasa o lubricación para el motor mismo.- Mínima cantidad de componentes eléctricos.- Solamente dos partes tienden al desgaste continuo: escobillas y el sello sin grasa del

motor.- Posicionamiento exacto del molino, no se requiere de un motor auxiliar.- Bajos costos de mantenimiento debido a la reducida cantidad de componentes

mecánicos y eléctricos.- Alta disponibilidad y confiabilidad.- Ahorro de energía debido a la alta eficiencia, alno contar con acoplamientos

mecánicos.

RODILLO DE MOLIENDA DE ALTA PRESION (HPGR)

La tecnología de rodillos de molienda de alta presión HPGR está siendo usada en aplicaciones en el campo de la minería. A menudo reemplaza a los molinos semiautogenos convencionales 8SAG), principalmente con el objetivo de reducir el consumo energético y los costos asociados a los circuitos de molienda y chancado.

Se usó por primera vez en la industria del cemento en 1985, siendo reconocidos sus beneficios en el segmento minero poco tiempo después. Solo en 1987 se introdujo exitosamente en la industria del diamante para la liberación de este precioso mineral desde la roca kimberlita madre.

En 1994 se introdujo la tecnología HPGR en la industria del hierro, siendo su uso cada vez mas habitual en el procesamiento de este mineral, especialmente en la preparación de alimentación de pellets.

Los problemas de diseño de revestimiento, asociados al procesamiento de minerales abrasivos, han sido notoriamente mejorados, aumentando gradualmente el interés en esta tecnología especialmente en el sector minero de rocas duras.

El hardware de un HPGR consiste en un par de rodillos contra rotatorios enmarcados en una estructura de soporte.

Se aplica presión a uno de los rodillos (flotante), mediante un sistema hidroneumático, mientras el otro rodillo permanece fijo en la estructura.

El material de alimentación se introduce mediante una tolva instalada sobre los rodillos giratorios, entre los cuales se comprime el material a alta presión, lo que permite aumentar la trituración entre las partículas. Este método recibe el nombre de conminución entre partículas.

Los sistemas de accionamiento de velocidad variable tienen capacidad de ajustar la velocidad de los rodillos giratorios, por lo que resultan ideales para la optimización del HPGR a las condiciones reales. Adicionalmente los sistemas de accionamientos de velocidad variable tienen capacidad de compensar la reducción de la velocidad circunsferencial causada por el desgaste del rodillo, aumentando sus revoluciones por minuto. De esta manera, la productividad total se puede mantener constante durante toda la vida útil de los rodillos. Dependiendo de la demanda de potencia de los HPGR’s se selecciona un sistema de accionamientos de velocidad variable ya sea de baja o media tensión.

Independientemente de esta selección, para cada caso se efectúa un diseño especial de los siguientes componentes: inversor de fuente de tensión, transformador y motor de inducción de jaula de ardilla.

En una aplicación de HPGR es muy importante que la velocidad circunsferencial de los rodillos sea muy cercana entre ellos, pues así se minimiza el desgaste. Asimismo, es de vital importancia que el torque de ambos rodillos este equilibrado, evitando con esto la sobrecarga permanente de uno de los rodillos y de sus engranajes. Este sistema de accionamiento tiene incorporado un modo de control tipo maestro-esclavo interconectado por fibra óptica, que permite alcanzar la distribución de carga deseada.

La comprensión y extensión del eje cardan, provocado por el necesario movimiento horizontal hacia delante y hacia atrás del rodillo flotante, genera grandes fuerzas axiales y radiales, que son directamente transmitidas al motor, generando exigencias adicionales que no cualquier motor puede soportar. Basado en muchos años de experiencia en la aplicación, ABB suministra hoy en dia motores especialmente diseñados para resistir estas importantes fuerzas.

Los motores jaula de ardilla a ser suministrados para este proyecto son diseñados para las altas exigencias de este tipo de aplicaciones. Cada motor es de una capacidad nominal de 2500 KW.

Los convertidores de frecuencia ACS1000 a ser utilizados en el proyecto son de última generación y conforme a la configuración 24 pulsos con los que serán suministrados, permitirán operar los equipos sin afectar a otros equipos conectados en el mismo punto.

Los principales beneficios de los sistemas de rodillo de molienda de alta presión son:

- Un apropiado ajuste de velocidad de acuerdo a las propiedades del material alimentado desde la tolva optimiza notoriamente las condiciones de operación.

- Una ligera disminución de velocidad sin detener el HPGR evita altas vibraciones provocadas por una alimentación de material incorrecta.

- Una partida alta con un alto torque elimina las posibilidades de daños a los rodillos giratorios y reduce el estrés mecánico en la caja reductora.

- Una apropiada configuración de los límites de torque en el sistema de accionamiento protege los engranajes, incluyendo la caja reductora.

- Los parámetros de accionamientos pueden estar fácilmente disponibles para el sistema de control superior y con un apropiado análisis de tendencias es posible obtener una mayor optimización.

- La apropiada distribución de la carga representa un gran desafío en una aplicación HPGR, esto es debido a los frecuentes transientes de carga sufridos por los engranajes durante su operación normal. Los convertidores ABB, equipados con la tecnología de control directo de torque (DTC) son los más adecuados para enfrentar este desafío al contar con la más alta capacidad de respuesta torque/velocidad, siendo la más rápida del mercado.

- El contenido de armónicos de tensión y de corriente de un sistema de accionamientos HPGR se puede mantener totalmente dentro de los límites de la normativa IEEE 519 mediante la apropiada selección de la configuración del rectificador.

- El factor de potencia es mayor que 0.95 bajo todo el rango de velocidad. No se requiere de mayores recursos adicionales para la corrección del factor de potencia.

OTROS

ACCIONAMIENTOS GEARLESS PARA MOLINOS DE ALTA POTENCIA

CAP 1: INTRODUCCION A LA MOLIENDA Y PLANTAS SAG

- Conceptos básicos de molienda procesamiento de materiales- Descripción del molino semiautógeno SAG- Antecedentes de plantas en funcionamiento

CAP 2: EL GEARLESS MOTOR DRIVE (GMD)

- Antecedentes históricos y aspectos básicos del GMD- Circuitos de excitación- Ventajas económicas y operativas- Antecedentes minera Los Pelambres

CAP 3: LA MAQUINA SINCRONA

- Principio de funcionamiento- Tipos de máquinas síncronas- Breve análisis de circuitos equivalentes

CAP 4: EL CICLOCONVERSOR

- Rectificadores de conmutación natural (estrella y puente trifásicos)- Principio de funcionamiento cincloconvertidores- 1 - 1, 3 - 1, 3 - 3, de 12 pulsos y modos de operación.- Aplicaciones en molienda.

CAP 5: CONTROL DEL CICLOCONVERTIDOR

- Control de corriente en un rectificador controlado- Control de un convertidor dual con/sin Ic- Control del cicloconvertidor- Modulación trapezoidal.

CAP 6: CONTROL VECTORIAL

- Vectores espaciales en un sistema trifásico- Transformación de coordenadas- Control vectorial.

CAP 7: CALIDAD DE ENERGIA

- Armónicas inyectadas en la red- Filtros de armónicos- Aplicación de filtros.

CAP 8: ASPECTOS OPERACIONALES

- Conceptos importantes en moliendas SAG- Maniobras típicas y rangos de operación- Estimación de torque y potencia en un molino SAG- Protección de carga congelada.

CAP 9: INSTRUMENTACION INNOVADORA PARA LOS MOLINOS SAG

- Impactemeter- SAG – analyzer- MonSAG

ANEXOS Simulaciones MATLAB/PSIM

- Cicloconvertidor triásico de 12 pulsos alimentando dos cargas trifásicas que representan un motor de anillo con doble devanado estatórico.

- Maquina síncrona (8[MW]) controlada vectorialmente operando con un molino SAG.

SISTEMAS DE CONTROL DISTRIBUIDO (DCS)