Molienda SAG

Aplicaciones industriales de convertidores estáticos

Molienda SAG Germán Lagos Saldaña Patricio Zavala Hidalgo Camilo Cifuentes Zambrano 1

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Contenido  Introducción  Molienda

SAG  Cicloconversores  Control del molino SAG  Armónicos y Filtros  Conclusiones Molienda SAG – AICE

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Introducción  El

cobre representa alrededor del 50% de las exportaciones chilenas y cerca de un 15% del PIB.  Es el motor de la economía chilena y crecimiento económico – social.  Dado el precio actual del metal rojo, 3.5 dólares la libra, son muchos los proyectos de expansión que se encuentran en curso. Molienda SAG – AICE

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Introducción

Proceso productivo del Cobre

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Introducción

Planta de molienda y concentradora 







La planta recibe el material proveniente de los chancadores, en donde se tiene un tamaño promedio de 4 pulgadas. En el stock pile o acopio, el material se ordena de forma natural, quedando el de menor tamaño en el fondo para luego ser transportado a los molinos SAG. Tras pasar por la molienda SAG el material se vuelve a refinar por los molinos de bolas, que conectan con los ciclones. Los ciclones clasifican el material para enviar al proceso de flotación y fundición.

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Introducción

Planta de molienda y concentradora  Circuito

de molienda

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Introducción

Planta concentradora

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Molino SAG

Características 

Hasta 12 metros de diámetro



24 MW de Potencia (representa hasta el 60% del consumo de la planta)



Velocidad de rotación aproximada de 10 rpm

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Molino SAG

Requerimientos a cumplir 

Alta confiabilidad.



Control de torque.



Convertidores con funcionamiento en los 4 cuadrantes.



Partida con 120% de torque nominal sin afectar la red eléctrica. Molienda SAG – AICE

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Molino SAG

Topologías de funcionamiento. Doble piñón.

Sin engranajes (Gearless)

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Molino SAG

Funcionamiento molino

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Molino SAG

Funcionamiento molino con barras

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Molino SAG

Funcionamiento molino con bolas

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El Cicloconversor •

•

Motores utilizados son sincrónicos por lo tanto funcionan con corrientes sinusoidales a frecuencia de excitación Necesidad de utilización de convertidores AC-AC

•

Antiguamente se utilizaban convertidores LCI pero estos producen corrientes cuadradas que causan vibraciones.

•

El convertidor de uso actual para motores gearless es el cicloconversor porque torque es mas suave

• •

Fuente de alimentación trifásica Necesidad de operación en cuatro cuadrantes

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El Cicloconversor

Señales de salida deseadas

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El Cicloconversor 

Para obtener el funcionamiento deseado, se utilizan dos rectificadores en anti paralelo.

Cicloconversor de 6 pulsos

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El Cicloconversor • •

Disparo de tiristores varia para lograr salidas lo mas sinusoidales posibles Corrientes filtradas por carga inductiva son sinusoidales

Tensión de salida

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El Cicloconversor •

Es posible conectar cargas en forma trifásica, como ocurre en el motor del molino SAG

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El Cicloconversor •

Con la conexión de varios cicloconversores se puede variar cantidad de pulsos de la salida al igual que en rectificadores

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El Cicloconversor •

Tensión de salida para cicloconversor de doce pulsos es mas cercana a lo deseado

Tensión de salida para una carga Molienda SAG – AICE

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El Cicloconversor •

Corriente por cicloconversor de doce pulsos es cercana a la sinusoidal deseada gracias a el filtraje de la carga inductiva

Corriente de salida para carga trifásica Molienda SAG – AICE

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Control del molino SAG 

El molino SAG Gearless consiste en un enorme motor sincrónico, siendo la parte móvil el tambor que contiene el material y el estator el anillo que soporta al rotor.



En definitiva, pueden aplicarse técnicas de control de motores para el control del molino SAG teniendo directa incidencia en el proceso de molienda.

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Control molino SAG

estator y rotor

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Control molino SAG

El motor sincrónico  



En la actualidad se utilizan motores de entre 8 a 24 [MW] con un 97% de eficiencia. Consisten en motores de doble devanado de estator, teniendo por lo general 56 polos en el rotor. Para controlar la velocidad y torque del molino se utilizan cicloconversores, los cuales permiten modificar la frecuencia de excitación.

Donde: • n: Velocidad rotor • f: frecuencia excitación • P: pares de polo

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Control molino SAG

Diagrama vectorial del motor sincrónico Es necesario entender el diagrama vectorial para realizar el control vectorial o de campo orientado

Control de corriente Iq (torque) Control de corriente Id (flujo) Molienda SAG – AICE

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Control molino SAG

Estrategia de control

oLa idea del control vectorial matemáticas para llevar el sistema 3

es realizar transformaciones a 2 fases , β.

oUna vez realizada la transformación se debe orientar el sistema de coordenadas , β de estator con las coordenadas del vector rotatorio de flujo, que giran con un ángulo φs. Estas nuevas coordenadas rotatorias se encuentran en un nuevo eje d q. oPara realizar control de torque se debe actuar sobre la magnitud de Iq, equivalente a manipular la corriente de armadura en una máquina DC. oPara realizar el control de flujo se debe actuar sobre la magnitud de Id. d

q

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Torque

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Control molino SAG

Diagrama de bloques

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Control molino SAG

Control Diagrama de bloques de Velocidad

Recibe Vref - V

Iq ref

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Control molino SAG

Diagrama de bloques Control de Flujo

Id ref

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Control molino SAG

Transformación Diagrama de bloques de coordenadas

Estimador de magnitud y ángulo de flujo

Recibe id iq

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Control molino SAG

Transformación Diagrama de bloques de coordenadas

Entrega Ia Ib Ic ref’s

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Control molino SAG

Control debloques Diagrama de corrientes de estator

Recibe Ia, Ib e Ic ref’s – Ia, Ib e Ic

Entrega actuación para etapa de Potencia Molienda SAG – AICE

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Control molino SAG

Diagrama Controlde flujo bloques de rotor

Entrega I ref rectificador puente Molienda SAG – AICE

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Armónicos y filtros Armónicas presentes 

Debido a rectificador de 12 pulsos



Debido al funcionamiento del cicloconversor

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Armónicos y filtros

Frecuencias de las armónicas -Armónicas de orden decimal -Armónicas dependen de la velocidad de rotación del molino -Amplitudes de las armónicas son de corrientes considerables.

Frecuencias Fi

11Fi

13Fi

Fi + 6 f 0

11Fi + 6 f0

13Fi + 6 f0

F i - 6 f0

11Fi - 6 f0

13Fi - 6 f0

Fi + 12 f0

11Fi + 12 f0

13Fi + 12 f0

Fi - 12 f0

11Fi - 12 f0

13Fi - 12 f0

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Armónicos y filtros Filtros



Debido a la gran potencia que se maneja se deben ocupar filtros pasivos.



Filtros sintonizados para la 11° y 13° armónica.



Un filtro pasa altos para atenuar otras frecuencias.

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Conclusiones Ventajas de molino gearless alimentado por cicloconversor: •Aceleración y desaceleración suaves y controladas. •Detención suave y controlada, sin oscilación. •Menos costos por mantención. •Operación a velocidades menores o superiores a la velocidad nominal. •No existe golpe de corriente en la partida. •Protección de carga congelada.

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Conclusiones Ventajas de molino gearless alimentado por cicloconversor: •Utilización de filtros pasivos para obtener un buen factor de potencia •Posibilidad de control de armónicas de corriente para cumplir normativa local •Funcionamiento en cuatro cuadrantes • Mejora de calidad y eficiencia de proceso de molienda Molienda SAG – AICE