Tesis Mejora Control Tren de Gases

UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y AMBIENTAL VALPARAISO – CHILEMEJORA DEL SISTEMA DE CONTROL DEL TREN DE GASES. DIVISION FUNDICIÓN CHAGRES, ANGLOAMERICAN-CHILE HUMBERTO PATRICIO CABRERA SUÁREZ TESIS COMO REQUISITO PARA OPTAR AL GRADO DE: MAGISTER EN CIENCIAS DE LA INGENIERÍA QUÍMICA. MEMORIA COMO REQUISITO PARA OPTAR AL TÍTULO DE: INGENIERO CIVIL QUÍMICO. PROFESOR GUIA PROFESOR CORREFERENTE CORRREFERENTE EXTERNO : DR. LUIS BERGH O. : DR. JUAN YIANATOS B. : SR. FERNANDO ROMERO. NOVIEMBRE 2012 Título de Tesis: MEJORA DEL SISTEMA DE CONTROL DEL TREN DE GASES. DIVISION FUNDICIÓN CHAGRES, ANGLOAMERICAN-CHILE Autor: HUMBERTO PATRICIO CABRERA SUÁREZ Trabajo de Tesis, presentado en cumplimiento parcial de los requisitos para la obtención del título de Ingeniero Civil Químico y el grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería Química de la Universidad Técnica Federico Santa María. Dr. Luis Bergh Olivares Dr. Juan Yianatos Bernardino Sr. Fernando Romero Espinosa Valparaíso, Noviembre de 2012 ii "No desprecies el recuerdo del camino recorrido. Ello no retrasa vuestra carrera, sino que la dirige; el que olvida el punto de partida pierde fácilmente la meta." Paulo IV. iii Diego Pineda. consejos. por ser mi compañera y amiga. los cuales hicieron que gran parte de este trabajo fuera posible y llegara a un buen termino… A la División Fundición Chagres de AngloAmerican-Chile. que gracias a su amor. Ignacio Martinez. por la confianza depositada en las ideas presentadas. Fernando Cornejo. por su constante preocupación y apoyo hacia mis objetivos… A mis amigos Jair Hernández. Cristian Sulzer. por todos los momentos buenos y malos que compartimos. apoyo y comprensión en todos los momentos de mi vida… A Patricia. Patricio y Silvia. Vanessa Medina. A mi hermano y tíos. Agradecer especialmente a mi tutor en la faena. Felipe Puga y Rurik Ortloff. operadores de consola y de terreno. apoyo. taller eléctrico. por su visión crítica y práctica hacia el trabajo realizado.AGRADECIMIENTOS Quisiera dedicar estas palabras a todas las personas que me ayudaron a lograr que esta etapa de mi vida fuera posible… A mis padres. por su respaldo brindado hacia mi trabajo. confianza y conocimientos entregados. A las personas del taller de instrumentación. paciencia. por todos sus consejos. Tomás Olfos. durante el tiempo que duró mi estadía. Francisco Guzmán. y que gracias a eso se formó un fuerte vínculo de amistad… A mi profesor guía Luis Bergh. por su comprensión y apoyo en todo lo que me propongo. Rodrigo Fariña. A todos muchas gracias… iv . por la oportunidad de realizar mi trabajo en sus instalaciones. Se realizó un estudio de las principales variables de la zona de transporte de gases.RESUMEN Uno de los procesos fundamentales en la producción de cobre. Se identificaron las perturbaciones del sistema. debido al ingreso y salida de los convertidores al proceso de soplado. las que producían alzas de la presión tanto en el horno de fusión flash como en la cámara de mezcla. además de la presión en las campanas de colección de gases. desarrollo e implementación de un sistema de control híbrido para los sopladores. de manera de minimizar las variaciones de la concentración de dióxido de azufre en los gases a planta de tratamiento. la presión en la cámara de mezcla. integra v . asociada a la operación manual del proceso. seguido por una etapa de conversión de este metal fundido y luego una refinación y moldeo del metal. Fundición Chagres. lo que representa más del 80% de la producción total de cobre. como también las variaciones de presiones en convertidores y horno flash. También se detectó una alta variabilidad del flujo de gases hacia la planta de ácido y en la presión de la cámara de mezcla. como son la presión en el horno de fusión flash. Este sistema consideró el control de las presiones y flujos en las unidades asociadas. que afectan al proceso de fusión-conversión. generando variaciones bruscas en la presión del tren de gases. También se estudió la apertura de los dampers de regulación de los convertidores. flujo de gases y concentración de SO2 en los gases a la planta de ácido.934 toneladas de cobre anódico y 466. El sistema de control híbrido. pertenece a Minera Sur Andes que a su vez es parte del conglomerado AngloAmerican. son los procesos piro metalúrgicos. con la consiguiente emanación de gases al ambiente.729 toneladas de ácido sulfúrico. transportándolos por el tren de gases hasta la planta de ácido. Estas perturbaciones provienen de la zona de conversión. En 2010 produjo 137. El ácido sulfúrico se produce captando los gases de fusión y conversión. El cobre anódico es producido mediante la fusión de concentrado de cobre. Gracias a este proceso se producen ánodos de cobre a partir de minerales sulfurados. La optimización de la operación del tren de gases se realizó a través de la proposición. lo que se traduce en una mayor estabilidad en el tren de gases. del flujo de gases de un 2% y disminuyendo su variabilidad en casi en 80%. de un 8% en operación manual.3% en operación automática. manteniendo una operación más estable. El buen funcionamiento de este controlador es un primer paso en mejorar el manejo de los gases de fundición. vi . También se logró una disminución del tiempo en que la cámara de mezcla se encuentra en presión positiva. que es uno de los objetivos de los controladores implementados. en el promedio.algoritmos de control convencional (PID) con técnicas de inteligencia artificial (sistemas expertos). con la consecuente mayor recuperación de azufre. a un 0. La operación automática genera un aumento. disminuyendo las emisiones de gases al ambiente y transportando más gases a la planta de ácido. El controlador hibrido produjo una disminución de la variabilidad en la presión en la cámara de mezcla de un 71%. reduciendo las emisiones al medio ambiente. In this processes metal is recovered from the mineral by the application of high temperatures and in absence of water. These disturbances come from the conversion stage. pressure in the mixing chamber. where considered. The hybrid control system integrates conventional (PID) control with artificial intelligence techniques (expert systems). 137. gas flow and concentration of SO2 in the gases to the acid plant. vii . the product of this stage are copper anodes. Anodic copper is produced by smelting the copper concentrate followed by a conversion stage of this molten metal. along with the pressure in the fume collection chambers.ABSTRACT One of the fundamental processes to extract and produce copper is the pyrometallurgy route. The perturbations in the system that affected the pressure of the HFF and the gas mixing chamber generating a pressure increase which later implied an escape of gases to the environment were identified. in away so that the variations of the sulphur dioxide concentrations in the gases towards the treatment plant were minimized. The high variability of the gas flow towards the acid plant and the pressure in the mixing chamber associated to manual operation of the system was also detected. These generating rash variations in the pressure of the gas transport system. Chagres foundry belongs to the mining company Minera Sur Andes which at the same time belongs to Anglo American. taking them through the gas system to the acid plant. some of these are pressure. The control of the pressure and flow in the associated units were considered. A study was realized conducted on the main variables affecting the gas transport zone. development and implementation of a hybrid control system for the blowers. due to the inlet and outlet of the converters to the blowing process. The optimization of the gas transport system operation was achieved through the proposal. Also the pressure variations in the converters and flash smelter. The sulphuric acid is produced by the capture of the smelting and conversion gases.729 metric tons of sulphuric acid were produced. that affected the smelting process. then refined and cast. This route is followed by sulfated minerals.934 metric tons of anodic copper produced and 466. The opening of the regulation dampers belonging to the converters was also studied. HFF. In the year 2010. which in turn represent onver 80% of the copper production. The variability decreased almost in 80%.The implementation of the controller was a decrease in the variability of the pressure in the mixing chamber (71%).31% in automatic operation. a higher stability en the gas system. This is translated in lower emissions towards the environment. lowering the contaminants emitted to the environment and finally producing more sulphuric acid as a result of the bigger amount of gases transported to the plant. The automatic operation generated an increase in the average flow of gases towards the acid plant of 2%. A time decrease was also achieved in the mixing chamber in positive pressure. of 7. being this one of the objectives of this controller. By the achieving of good results with this type of controllers the first step in a better management of the foundry gases with the objective of maintaining a more stable operation.86% in manual operation and 0. viii . ...................................... 2009).................... 16 2..........1 Etapa de Fusión (Davenport..3 Productos de la Fusión: Mata................3................. .................. ........................................1 Horno de Fusión Outukumpu...........................................................................................................................................1.....................2.............. 2006)............... ........ ................................... 2002....1.......................................... .......1 Reacciones de Soplado a Cobre................... 3 PRINCIPIOS DE FUNDICIÓN ............. ..................................... 15 2.... Proceso Outokumpu (Kojo y Storch........INDICE DE CONTENIDOS CAPITULO 1: ................................................................................................................... 2009........... 1 INTRODUCCIÓN .................... 10 2.............. 14 2..............2....1 Introducción ....2....... (Kawatra...........1...................... .................. ................... 1 1.............1.........1... Kawatra.................... 8 2....... Moskalyk y Alfantazi...........................................1 Reacciones de la Fundición de Mata......... 2003).............3 Captura y Fijación de Azufre (Davenport................................................... 8 2.......................................................................... 7 2.......3..1....................... 2000)...............2 Proceso de Fundición: Consideraciones Generales...............3.....1.........................2 Conversión de Mata (Davenport....................................... 17 2. ............ 4 2..1................. (Peuraniemi y Lahtinem...................................................1 Producción de Ácido Sulfúrico... ........4........ ...................................... 2002)........ 11 2..............................................................................3............................... 10 2... ...........3 Gases de Fundición.............1 Reacciones de Conversión...... .........2 Escoria........................................................................... 17 2......1 Mata .......... 5 2.........................4 Fusión Flash............ …13 2................................. 1 1................1.............................1....................... EFMA.. 2006)..............................3.. 4 2.... Escoria y Gases de Fundición....2....2 Eliminación de Impurezas Durante la Conversión... 2002..........................2 Operación de un Convertidor Pierce-Smith (CPS)..........2 Tratamiento de los Gases de Fundición..... 10 2............................ 18 2............................... 19 ix ....................................2 Objetivos. ................................ .................. 2007) . ................... 28 3... 21 2...... .............................2 Proceso Productivo Fundición Chagres (Gerencia de Operaciones Fundición Chagres............. 25 3...... FUNDICIÓN CHAGRES.......... ..........3.................2 Arquitectura del Sistema (Honeywell.. ......................2..................4 Quemador Principal de Carga Seca.... 22 2....... ...... 32 3........5 Sopladores Principales de la Planta de Ácido.. .2.....2...........2...............................................................4 Absorción de SO3.................3 Oxidación de SO2 a SO3...3 Preparación de Carga........................................................2..........3.......................2............ 2007).................. 2010).....................1 Sistema Experion PKS (Honeywell...................................................................................2................ . 27 Alimentación de Carga............................................................................................................................ ........ ................. 25 3.....6 Hornos de Limpieza de Escoria.......1 Enfriamiento del Gas y Recuperación de Calor...........3 Lavado con agua y enfriamiento.... 22 2.....................................................3.3...... 37 ANÁLISIS DE VARIABLES OPERACIONALES DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE GASES.. 22 2........... 31 3............. 2011) .................. 39 4................2........ 40 x ....... 35 3.......1 Configuración del Tren de Gases HFF y CPS.................... ....................................... ..................... ........ 28 3.2................5 Conversión de Mata............................................ ...1 Proceso de Extracción de Gases.... ... 26 Secado de Carga................7 Hornos de Refino y Moldeo de Ánodos.................. 33 3........................................................... 21 2........................ 26 3............3............... 2006) ........... ................. .. Fundición Chagres.......................... ...............................................................................................1 3............. 33 3.1..1 División Fundición Chagres (AngloAmerican.....................3.....2...... 19 2............................................................ 39 4.......................................... .2.4 Secado de Gas.............2...8 Producción de Ácido................................................ 30 3.........................3 Sistema de Control Fundición Chagres (Campos.. 23 ANTECEDENTES DIVISIÓN FUNDICIÓN CHAGRES ..........................2 3...3..............................................3..... ...........3..........2.................2..........................2 Precipitación Electrostática de Polvos........................ ...........................................................3 Estructura de un Sistema Experto.......2 Control Experto (Liao..........3............... ..................................... 65 4.................. 71 5......................... 43 4............... ..................................... 44 4...1 Descripción......2 Estructura de un sistema híbrido...... 76 CONSTRUCCIÓN DE SISTEMA DE CONTROL DEL TREN DE GASES.........1.. 2000)........ 2009....... .........................4 Planta de Limpieza de Gases..............................4.... 2007)....................... .... .... ................................ Molina.................. ..... ..... ..1 Introducción.................................... Fundición Chagres.............2. 2007).......2.....4 Características de la Cámara de Mezcla........3 Cámara de Mezcla....................................1.................................1...2 Análisis Operacional del Proceso de Extracción de Gases........2.............. .........2 Estructura de un controlador PID.................................5 Características de la Planta de Limpieza de Gases.......................................2 Tren de gases conversión.................................................. .. 60 4..............................................3 Características del Tren de Gases de Convertidores.......... ................................................................................... ......................2...... ....2...... 68 5........ ...........2 Características del Tren de Gases de Horno Flash......................... ......................................................... ........ 76 5...... ....... 2003............ ......... Nguten y Sorensen...........................................3 Potencial de Mejoras en Operación del Tren de Gases.....................3.3 Control PID (Mazzone. 46 4................1........................3 Controlador PID-PL (Profit Loop PKS) (Honeywell...................... 72 5....................1 Introducción.............................1 Tren de Gases Horno Flash.... 68 5.............. 70 5............ 65 ANTECEDENTES DEL CONTROL HÍBRIDO.............. .. 77 xi ....................................... 46 4......... 70 5............. 70 5..........1............. ...1 Control Híbrido (Gutierrez................................................................. 41 4.....................2............................................ 68 5.....3............ 44 4.2 Características de un Sistema Experto....... ..................1 Introducción............ 2005)........ 59 4................. 68 5...................................... 72 5..........2...........1 Definición de Estrategia de Control..3............................1........................ 72 5. 50 4........ ..................................... ..... .. 102 7......................................1 Controlador de dampers de regulación CPS......... 114 8.......................................................................... ....................2 Controlador de sopladores del tren de gases................... ...................................... Flujo de Gases y Concentración de SO2 a Planta de Ácido.................................................................................. 77 6..................................1............................. 114 BIBLIOGRAFÍA...............................6................................................................................ ....................................... 89 RESULTADOS DEL CONTROLADOR HÍBRIDO DEL TREN DE GASES.......1 Conclusiones..... 104 CONCLUCIONES.................................................................................................... 79 6........... .......................................... 119 ANEXO B ............................................................................................................................. Introducción.......... .....3 Controlador de Presión de Cámara de Mezcla....................................................... ............ 122 ANEXO C ................................................................. 117 ANEXO A ............... 124 xii .... 101 7................2 Controlador de Admisión de Gases de Convertidores Peirce Smith....................................................... ..................................................... 2 Esquema del proceso productivo de la Fundición Chagres (AngloAmerican Chile. 48 Figura 4........................5 Flujo de alimentación y setpoint de carga al HFF.........3 Diagrama de Convertidor Pierce Smith......................... expresada como % de frecuencia............................................................................. donde se muestra todos los mecanismos utilizados (John G.....................12 Presión interna y externa de campana CPS3 .......6 Gráfico presión de descarga VTI CPS [mmca]...... ........................... ... 14 Figura 2......... ..... 20 Figura 3..............................2 Estructura de un horno fusión flash...................10 Presión interna y externa de campana CPS1 .............. ............................ 50 Figura 4........4 Componentes del Sistema Experion PKS............................................ 2008)........... ..........5 Gabinete ingreso de señales de terreno mediante fibra óptica (ModBus) y PLC locales mediante Ethernet (TCP/IP).............................................4 Diagrama de producción de ácido sulfúrico (EFMA...................8 Diagrama de ubicación de sensores de presión en CPS................... 2007) .....................................7 Velocidad del VTI CPS............................................. 29 Figura 3. ............................... 2011) ..................1 Imagen Fundición Chagres ......... 2000) .... .. 12 Figura 2..................................................... ............................................................... G.. 34 Figura 3....13 Presión interna y externa de campana CPS4 ..................................................... Peacey....................................9 Perfiles de presión durante la etapa de soplando de un convertidor.1 % de Cobre en la escoria (después de la etapa de limpieza) como función del % Cu en la mata (Davenport.................... 51 Figura 4.............................................. 49 Figura 4.........1 Tren de gases Fundición Chagres................................................. 52 Figura 4............11 Presión interna y externa de campana CPS2 ......... 42 Figura 4............... 55 Figura 4. 26 Figura 3.................................. ................................. ....................... 2002)......3 Partes principales del quemador de concentrado: ......................... (King M........................................................... 50 Figura 4................... 53 Figura 4. 56 xiii ....... ..................................... ............ 27 Figura 3.............. 54 Figura 4....................... % apertura de damper y posición [°] CPS1...........................INDICE DE FIGURAS Figura 2.............. 49 Figura 4.........14 Comportamiento de la presión de toberas [kPa].. 35 Figura 4......................... 53 Figura 4.3 Gráfico de Presión y setpoint de presión en HFF............. ...................2 Diagrama P&ID del tren de gases..... 47 Figura 4..4 Operación del VTI de HFF.............................................. 9 Figura 2.............. ..........................................11 Ventana de algoritmo del controlador PID-PL........................ apertura de damper de regulación CPS1 y CPS2 ...................... 61 Figura 4...6 Imagen CM “CPSX_DAMPER” ...............................20 Comportamiento del flujo de gases a planta de limpieza de gases.......10 Ventana principal del controlador PID-PL......... ........... 64 Figura 4...................................................................18 Comportamiento de la presión en la cámara de mezcla......... detección del rango posición de CPS..... .......................................................... 89 Figura 6...... 85 Figura 6......................................... 61 Figura 4......24 Diagrama de variables................................22 Concentración de SO2 a la planta de limpieza de gases.... 92 Figura 6................ perturbaciones........ 83 Figura 6........................................ ..........3 Imagen del CM “REG_DAMPER_CPSX”............. ...................... 80 Figura 6......... ................................... ............21 Corriente consumida por sopladores KKK1 y KKK2......1 Estrategia de control para zona de transporte de gas... 87 Figura 6............................ .................. 69 Figura 5.............................23 Presión en cámara de mezcla........... 88 Figura 6................................7 Imagen de CM “DAMPER_CPSX”................................ recursos en el sistema................... 58 Figura 4.......................... 84 Figura 6..................................................................Figura 4....................................2 Esquema de un lazo de control SISO.................................. ....5 Imagen CM “CPSX_DAMPER” .... ......... .................. ...........................12 Ventana de setpoint del controlador PID-PL............................ 93 xiv ............................................................. 62 Figura 4.. % apertura de damper y posición [°] CPS2.................................. 63 Figura 4.................15 Comportamiento de la presión de toberas [kPa]....... 86 Figura 6.. ............... ...... % apertura de damper y posición [°] CPS3......... 73 Figura 6......................16 Comportamiento de presión de toberas [kPa]....................1 Esquema de controlador híbrido. 90 Figura 6... .............................................................2 Imagen del CM “REG_DAMPER_CPSX”.......... ............. apertura de damper de regulación mediante posición del CPS................... presión en HFF.......................................... 57 Figura 4...............................9 Controlador PID-PL PIC4501................ ....... ............................... ...... .8 Imagen de CM “REG_DUMPER_CPSX”........................... ......................... detección de convertidor preparado para “soplar”....................................... 91 Figura 6.... % apertura de damper y posición [°] CPS4........... 58 Figura 4........................19 Comportamiento de la apertura de álabes de sopladores KKK’s.................................. 67 Figura 5............ 59 Figura 4.... control de presión cámara de mezcla.....................17 Comportamiento de la presión de toberas [kPa]...................4 Imagen del CM “REG_DAMPER_CPSX”............ ................... ..................................0............................. .............................. control VTI CPS.................................3 Comportamiento de concentración de SO2 en gases a planta de ácido...........................................................................................Figura 6.................... ...................1 Resultado de pruebas controlador de dampers de regulación en CPS1........................................................ 109 Figura 7........................... .... ...... 103 Figura 7.. 125 Figura C.............. 100 Figura 6................................................... ................................ 126 xv ............16 Ventana de creación de modelo mediante PID Tuning del controlador PID-PL............... ............................................... 107 Figura 7.......................................................1 Correlación cruzada de variables del tren de gases......7 Frecuencia de VTI CPS ..................................... 106 Figura 7...... 111 Figura 7........ 94 Figura 6.............18 Muestra de programación de lógica difusa de control para el controlador FIC4565b.2 Comportamiento controlador de dampers de regulación CPS en forma manual.2 Resultado de pruebas controlador de dampers de regulación en CPS2............. 120 Figura C..................... 100 Figura 7.......................19 Programación para controlador PIC3827D..............5 Corriente a soplador KKK1..... ..9 Comportamiento de presión de campana interna...................8 Presión en cámara de mezcla .................... ..................................4 Comportamiento flujo de gases a planta de ácido............ 126 Figura C......................3 Resultado de pruebas controlador de dampers de regulación en CPS3... 112 Figura 7............................... 98 Figura 6.............17 Muestra de programación de lógica de control del controlador...................................13 Ventana de salidas del controlador PID-PL....................................................... ................. 96 Figura 6...6 Corriente a soplador KKK2......1 Comportamiento controlador de dampers de regulación CPS en forma automática... 108 Figura 7............. 108 Figura 7........................... 125 Figura C........... 97 Figura 6..........10 Comportamiento de presión de campana interna..... 95 Figura 6................. externa y presión de toberas CPS1 ......... ................................................. 102 Figura 7.................4 Resultado de pruebas controlador de dampers de regulación en CPS4......15 Ventana resumen del asistente de modelo del controlador PID-PL.......................................................... .............. ... ....................14 Ventana avanzada del controlador PID-PL............................ externa y presión de CPS4 113 Figura A................... INDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Distribución estimada de impurezas durante la producción de mata con un 55% de Cu (Steinhauser, 1984). El material volatilizado es usualmente condensado y retornado al horno. .................................................................................................................................. 9 Tabla 2.2 Distribución de impurezas durante conversión Peirce-Smith de matas de baja y alta ley (Mendoza y Luraschi, 1993). ................................................................................... 16 Tabla 6.1 Rango de posición para apertura de damper de regulación de convertidores. ..... 79 Tabla 6.2 Valores de apertura de dampers de regulación para CPS seleccionado y que no se encuentra en “soplado”. ........................................................................................................ 81 Tabla 6.3 Rangos de setpoint dependiendo de la concentración de SO2 hacia la planta de ácido. .................................................................................................................................... 99 Tabla 7.1 Comparación entre las variables para operación manual y automática. ............. 105 Tabla 7.2 Tiempo de operación en presión positiva con controladores funcionando en modalidad manual y automática. ........................................................................................ 109 Tabla A.1 Tags y variables de correlación cruzada tren de gases. ..................................... 120 xvi CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN 1.1 Introducción Unos de los procesos fundamentales en la producción de cobre, son los procesos piro metalúrgicos (procesos para recuperar un metal a partir del mineral, realizado a altas temperaturas, y con prescindencia de una fase acuosa). Gracias a este proceso se producen ánodos de cobre a partir de minerales sulfurados, lo que representa más del 80% de la producción total de cobre. Una de las 7 fundiciones ubicadas en Chile, que realiza este proceso, es la Fundición Chagres. Fundición Chagres, pertenece a Minera Sur Andes que a su vez es parte del conglomerado AngloAmerican. Se encuentra ubicada en la V Región, en la comuna de Catemu, a 100 kilómetros al norte de Santiago y a 400 metros sobre el nivel del mar. Su proceso productivo (fusión de concentrados de cobre) se realiza mediante el moderno horno flash, una tecnología que destaca por sus bajas emisiones y que hace de esta fundición la líder en materia medio ambiental en Chile. En 2010 produjo 137.934 toneladas de cobre anódico y 466.729 toneladas de ácido sulfúrico. La División Chagres cuenta con una dotación aproximada de 500 trabajadores, entre personal propio y contratistas de operación y proyectos. El proceso piro metalúrgico del concentrado proveniente de Las Tórtolas, El Soldado y Terceros, comienza con la Fusión en el Horno Flash Outokumpu (HFF). Este proceso genera eje, escoria y gases de fundición. El eje está formado de cobre asociado principalmente a azufre y hierro, y la escoria posee principalmente óxidos de hierro y sílice. Ambos productos poseen diferente densidad, lo que permite una separación del eje y la 1 escoria. Los gases que se producen en el HFF son enviados a la planta de tratamiento de gases de la fundición. El eje formado en el HFF pasa por un proceso de conversión, obteniéndose un cobre blíster (96% de pureza), mediante el soplado de aire enriquecido con O2, obteniendo una escoria rica en Fe (Soplado de Fierro) y una rica en óxidos de cobre (soplado de cobre), además de producir gran cantidad de gases que son enviados a la planta de ácido. El cobre blíster producido en Conversión es enviada a la etapa de Refinación (Horno de Refino), donde se oxida el Blister soplando O2, para en una segunda etapa, reducir con el fin de bajar los niveles de O2. Gracias a todo este proceso se obtiene Cu Anódico, el cual es dirigido a una fase final de moldeo de ánodos. En estas etapas intermedias del proceso, las escorias se tratan en los hornos de limpieza de escorias (HLE), para luego ser recirculadas. Todos los gases producidos en Horno Flash y los Convertidores Pierce Smith (CPS), no pueden ser enviados al medio ambiente debido al alto grado de contaminación que estos producen, para lo cual la fundición posee todo un sistema de captación de gases, que son enviados a la planta de ácido, donde el SO2 es trasformado en ácido sulfúrico (H2SO4), que posee valor comercial. El objetivo general es estudiar y optimizar la operación del tren de gases en la Fundición Chagres. Los gases producidos en los convertidores Pierce Smith y horno Flash, de flujo y composición de dióxido de azufre variables en el tiempo, son transportados hasta la planta de tratamiento de gases y de producción de ácido sulfúrico. Actualmente esta operación presenta problemas que afectan tanto a la operación de convertidores como horno Flash en la fundición y a la planta de tratamiento de gases. Parte de estos problemas se relacionan con el sistema actual de operación manual. La optimización de la operación del tren de gases se hará a través de la proposición, desarrollo e implementación de un sistema de control híbrido para los sopladores. Este sistema considerará el control de las presiones y flujos en las unidades asociadas, de manera de minimizar las variaciones de la concentración de dióxido de azufre en los gases a planta de tratamiento, como también las variaciones de presiones en convertidores y horno flash, que afectan al proceso de fusión-conversión. El sistema de control híbrido, integrará algoritmos de control convencional (PID) con técnicas de inteligencia artificial (sistemas expertos). 2 Proponer. desarrollar e implementar un sistema de control híbrido para el control de los sopladores de la fundición.1. 3 .2 Objetivos Realizar un análisis de las variables del Proceso de Extracción de Gases de la Fundición Chagres. Con estos procesos se consiguen los productos principales que son ánodos de cobre y ácido sulfúrico. Teóricamente.1) (2. 2.4) . MgO. (c) Etapa de Captura y Fijación de Azufre. bajo las condiciones de oxidación.CAPITULO 2: PRINCIPIOS DE FUNDICIÓN En las fundiciones de cobre existen tres procesos principales: (a) Etapa de Fusión. es decir. CaO. 2009). Sin embargo. este material puede ser tratado directamente para producir cobre metálico por la oxidación de los sulfuros a cobre elemental y óxidos de fierro. generan calor. gangas oxidadas y FeO. 2002). con pequeñas cantidades de gangas oxidadas (Al 2O3. Como resultado.2) (2. (b) Etapa de Conversión. CuFeS2 + 5/2 O2  Cu0 + FeO + 2 SO2 Cu2S + O2  2 Cu0 + SO2 FeS2 + 5/2 O2  FeO + 2 SO2 (2. el cobre tiende a formar cobre oxidado. (Kawatra.1 Etapa de Fusión (Davenport. así como metálico: Cu2S + 3/2 O2  Cu2O + SO2 4 (2. El beneficio de minerales de cobre genera concentrados consistentes mayormente de minerales sulfurados.3) Estas reacciones son exotérmicas. la fusión de concentrados de cobre debería generar (i) cobre fundido y (ii) escoria fundida que contiene flujo de óxidos. SiO2). 6) La estequiometria de las especies depende de los niveles de calcopirita y otros minerales de Cu-Fe sulfurados presentes en el concentrado y el grado de oxidación del Fe. 2. Una mayor cantidad de hierro en el concentrado significa una mayor generación de escorias. Es necesario llevar a cabo una remoción parcial del Fe para realizar una producción de cobre exitosa. si se utiliza una mayor cantidad de oxígeno provoca oxidación del cobre.Cuando esto ocurre. como se muestra en la Ecuación (2. Una mayor generación de escoria significa una mayor pérdida de cobre.4) 5 . La reacción inicial es de la forma: CuFeS2 + O2 + SiO2  Cu-Fe-S + FeO*SiO2 + SO2 (2.1. El calentamiento de un concentrado sulfurado a una temperatura de 1200°C y la oxidación de algo de Fe para generar mata y escoria fundida. Por otro lado.5) Esto es conocido como mata fundida. por lo tanto menos cantidad de Fe sulfurado termina en la mata. Esto se logra con la reacción con O2.1 Reacciones de la Fundición de Mata. Esto genera una mata de mayor ley. escoria fundida y gases de fundición. El oxíigeno es casi siempre alimentado como aire enriquecido con oxígeno. es decir: CuFeS2 + O2 + SiO2  Cu-Fe-S + FeO*SiO2 + SO2 (2. Las estrategias de fundición involucran una serie de ventajas y desventajas. el Cu2O se disuelve en la escoria durante la producción de cobre. El ingreso de una gran cantidad de O2 oxida una mayor cantidad de Fe. La fase fundida rica en sulfuro es conocido como mata y la fase fundida rica en óxidos es conocido como escoria. La más significativa es entre la ley de la mata (% de Cu) y la recuperación. El objetivo principal de la fundición de mata es trasformar el concentrado de cobre en tres productos: mata fundida. Esto produce que cobre quede en la escoria. El costo y la energía requerida para calentar y fundir aumentan debido al aumento del uso de sílice. Esto hace que la escoria sea más difícil de manejar y también reduce la velocidad de sedimentación de las partículas en la mata a través de la escoria. siendo esto indeseado. esto aumenta las pérdidas de Cu. Adicionalmente. Un segundo set de reacciones importantes en la operación de la fundición involucra el FeO contenido en la escoria. se requiere un equilibrio entre los niveles de FeO y SiO2 en la escoria. es una parte clave de las estrategias de fundición. la disminución de la actividad del FeO es importante. Si las partículas de mata no pueden sedimentar rápidamente. Como resultado. esto es una ventaja y desventaja. (Esto ocurre si gran cantidad de Fe del concentrado se oxida). Como resultado de esto. La viscosidad de las escorias de fundición incrementa a medida que aumenta la cantidad de sílice. Si la actividad del FeO en la escoria es muy alto. la correcta adición de O2 necesario produce una ley aceptable de la mata sin generar una escoria alta en cobre. Esto se logra por la adición de un flujo de sílice: Feo + SiO2  FeO*SiO2 (2. serán arrastradas por la escoria.8) Como resultado de esto.El cobre generado por esta reacción se disuelve en la escoria. genera alta actividad del Cu2O en la escoria.7) Esta reacción no es favorecida termodinámicamente (Keq~ 10-4 a 1200 °C). el FeO reacciona con O2 para formar magnetita si la actividad es muy alta: 3FeO + ½ O2  Fe3O4 (s) (2. una alta actividad del FeO en la escoria y una baja actividad del FeS en la mata.9) Sin embargo. este reaccionará con Cu2S en la mata: FeO + Cu2S  FeS + Cu2O (2. Sin embargo. 6 . El tiempo de contacto entre las partículas de concentrado y el gas es corto (algunos segundos).7). mejora la cinética de reacción. 7 . (b) Dejar que la mata decante a través de la capa de escoria hacia el interior de la capa de mata por debajo de la escoria. El uso de aire enriquecido con oxígeno en lugar de solo aire. FeS + Cu2O  FeO + Cu2S (2. todos los procesos de fusión tienen una secuencia de eventos común. Como resultado. Por esto es de importancia mantener una capa de escoria de baja densidad. Casi todas las fundiciones realizan la mezcla de concentrado con el gas antes del ingreso al horno de fusión. La mayoría de los hornos de fusión proporcionan una región tranquila para este fin. La reacción es exotérmica. como muestra la Ecuación (2. La alta temperatura en la escoria y en la mata fomenta la reacción (2. el FeS en la mata reacciona con el Cu2O disuelto en la escoria por la reacción inversa a la reacción (2. Esto significa que más del calor generado por las reacciones es transferido a la mata y la escoria. pero el costo es mayor en términos de energía y ladrillos refractarios. esto es esencial para asegurar una buena cinética de reacción.2 Proceso de Fundición: Consideraciones Generales. y esto ha incrementado su uso. menos calor es removido en los gases de fundición. Si bien los equipos industriales de fundición de mata y los procedimientos varían.6).10) Esto reduce la cantidad de cobre en la escoria. El uso de aire enriquecido con oxígeno u oxigeno también hace que el proceso sea más autotérmico. y la energía que ella genera calienta y funde los productos. La secuencia incluye: (a) Contacto entre partículas de concentrado y un flujo de gas que contiene oxígeno en un horno caliente. Porque al alimentar menor cantidad de nitrógeno al horno. ~ 1250°C. Esto causa que las partículas de mineral sulfurado se oxiden rápidamente.10) a completarse y con esto decrece la viscosidad.2. se requiere menos (o nada) de combustión de hidrocarburos para asegurar una adecuada temperatura final de la escoria y la mata. Durante la sedimentación.1. 2. e incrementa la concentración de SO2 en los gases de fundición (disminuyendo los costos de tratamiento de gas). escorias y gases de fundición. La ubicación de las sangrías es diseñado para minimizar el sangrado de una mezcla de mata con escoria.1.3 Productos de la Fusión: Mata. es una característica que muchos operadores de fundición desean evitar.1 muestra la distribución de otros elementos en los concentrados de cobre entre mata. La remoción de mata y escoria es. La mayor parte del resto de la mata se compone de sulfuro de hierro (FeS). El rápido incremento de la concentración de Cu en la escoria. 8 . La alimentación de los hornos de fusión y la extracción de gases de fundición son continuas. la producción de matas de alta ley incrementa la generación de calor.3. reduciendo los costos de combustible. La Tabla 2. 2. La Figura 2.1.94% de Cu2S).(c) Sangrar periódicamente la mata y la escoria a través de sangrías separadas. sin embargo. cuando la ley de la mata sobrepasa el 60%. También se disminuye la cantidad de azufre. cuando las capas de los dos líquidos es lo suficientemente profunda. que típicamente va en rango entre 45 y 75% de Cu (equivalente a 56. hecha intermitentemente. la actividad del Cu2S en la mata incrementa rápidamente y esto hace que la reacción (2. A altos niveles. el cual se elimina posteriormente en la etapa de conversión (disminuyen los requerimientos de conversión).1 muestra los resultados.1 Mata La característica más importante de la mata es su ley (% en masa de Cu).7) se desplace hacia la derecha. Escoria y Gases de Fundición. Sin embargo. Figura 2.1 % de Cobre en la escoria (después de la etapa de limpieza) como función del % Cu en la mata (Davenport, 2002). Tabla 2.1 Distribución estimada de impurezas durante la producción de mata con un 55% de Cu (Steinhauser, 1984). El material volatilizado es usualmente condensado y retornado al horno. Elemento Cobre Aluminio, Titanio. Ag, Au, Pt Antimonio Arsénico Bismuto Cobalto Plomo Níquel Selenio Zinc Mata 99 0 99 30 10 15 40 20 50 75 15 Escoria 1 100 1 30 10 5 55 10 45 5 45 Volatilizado 0 0 0 40 80 80 5 70 5 20 40 9 2.1.3.2 Escoria. La capa de escoria del horno consiste mayormente en FeO y SiO2, con una pequeña cantidad de oxido férrico. Pequeñas cantidades de Al2O3, CaO y MgO están presentes, al igual que un pequeño porcentaje de azufre disuelto (típicamente menor a un 1%). El rango de cobre contenido va desde un 1 a un 7%. Los niveles altos de cobre son aceptados si se cuenta con las instalaciones para recuperar el Cu desde la escoria fundida. 2.1.3.3 Gases de Fundición. Los gases de fundición procedentes de la fusión contienen SO2 generado por las reacciones de fusión, N2 desde el aire utilizado de la oxidación del concentrado, y pequeñas cantidades de CO2, H2O y otros componentes volátiles. La concentración de los gases de fundición es usualmente 10 a 60% en volumen de SO2. La concentración en estos gases depende del O2, del gas que lo contiene para la fusión, de la cantidad de fugas de aire del horno y la ley de la mata producida. El porcentaje en volumen de SO2 en los gases de fundición ha aumentado en los últimos años, esto debido al aumento del uso del oxígeno en la fusión, lo que reduce la cantidad de nitrógeno y de gases de combustión que pasan a través del horno. Los gases de fusión pueden contener niveles substanciales de polvos (sobre 0,3 kg/Nm3). Estos polvos provienen desde (i) pequeñas partículas o flujo de concentrado sin reaccionar, (ii) gotas de mata o escoria que no sedimentaron en la capa de escoria del horno y (iii) elementos volátiles del concentrado como arsénico, antimonio, bismuto y plomo, que o bien han solidificado con los gases fríos o reaccionaron para formar compuestos no volátiles. Los polvos generalmente contienen un 20-40% en masa de cobre, haciéndolo valorable, por esto es casi siempre recirculado al horno de fusión. 2.1.4 Fusión Flash, Proceso Outokumpu (Kojo y Storch, 2006), (Peuraniemi y Lahtinem, 2006). El proceso de fusión flash genera más de un 50% del cobre fundido en el mundo. El proceso implica soplar oxigeno, aire, concentrado de Cu-Fe-S seco, sílice y material de 10 reciclo dentro de un horno a 1250°C. Una vez dentro del horno, las partículas de concentrado de mineral sulfurado (por ejemplo CuFeS2) reacciona rápidamente con el O2 en una explosión. Esto resulta en (i) una oxidación controlada del Fe y S presente en el concentrado, (ii) una generación importante de calor y (iii) fusión de los sólidos. El proceso es continuo. Cuando se inyecta aire enriquecido con oxígeno, el proceso es prácticamente autotérmico. Se adecúa perfectamente a la fundición de partículas finas de concentrado (~100 mm) producidas por flotación. Los productos de la fusión Flash son: (a) Una mata de CU-Fe-S fundida, con una ley de Cu de ~65%. (b) Una escoria de fierro y sílice que contiene entre un 1 o 2% de Cu. (c) Gases de fundición calientes cargados con polvos que contienen entre un 30 a 70% de SO2 en volumen. Los objetivos de la fusión flash es producir: (a) Una mata fundida de composición y temperatura constante para alimentar a los convertidores. (b) Escoria que, cuando se recupera el cobre, contenga solo una pequeñísima fracción del Cu que se alimentó al horno flash. (c) Gases de fundición concentrados en SO2 para una eficiente captura en la planta de ácido. Existen dos tipos de fusión flash, el proceso Outokumpu (con alrededor de 30 fundiciones en operación) y el proceso Inco (con alrededor de 5 operaciones en el mundo) (Davenport, 2002). 2.1.4.1 Horno de Fusión Outukumpu. El horno de fusión Flash Outukumpu varía considerablemente su tamaño y forma. Todos ellos sin embargo, siguen las mismas cinco partes principales. En la Figura 2.2 se puede observar las partes de un horno de fusión flash: 11 . Figura 2. G. (e) Una torre de uptake para remover los gases de fundición. pero hasta 4) que combina las partículas secas alimentadas con el oxígeno. (d) Sangrías de cobre sólido refrigeradas con agua. La composición de la mata y de la escoria son controladas ajustando:   Tasa de ingreso de enriquecimiento de O2/ Tasa de alimentación de concentrado y Flujo de aire de ingreso/ Tasa de alimentación de concentrado. (King M. 2007) Los hornos de fusión flash son operados automáticamente para obtener una temperatura y composición constante de una forma rápida y con un mínimo de consumo de energía. cargados de SO2. (b) Una torre de reacción donde ocurre la mayor parte de la reacción entre el oxígeno y partículas de Cu-Fe-S que se alimentan. 12 . (c) Un sedimentador donde las gotas de mata y escoria fundida se juntan y se separan las fases.(a) Quemador de concentrado (usualmente 1.2 Estructura de un horno fusión flash. para remover la mata y escoria fundida desde el interior del horno. 2. Esto implica la oxidación del Fe y S de la mata con aire enriquecido con oxígeno o solamente aire. Los productos de la conversión son: (a) Cobre blíster que es enviado a refino.2. (b) Escoria de fierro y sílice que es enviada a los hornos de recuperación de cobre. además de su rápida tasa de producción y sus pequeños requerimientos de energía. y luego eliminada. 2009. a modo de reciclaje. es decir. 2003) La conversión es la oxidación de la mata fundida. (c) Gases de fundición (SO2) que es enviado a enfriamiento. El calor necesario para realizar el proceso de conversión es suministrado por la oxidación de Fe y S. (ii) la tasa de consumo de combustible y (iii) ajustando la adición de carga fría. 2002. También se alimentan varios materiales que contienen cobre al convertidor. aire y oxígeno industrial. La materia prima para la conversión es la mata (Cu-Fe-S fundido) proveniente de la etapa de fusión. Moskalyk y Alfantazi. Kawatra. remoción de polvos fundidos y producción de H2SO4. Este proceso es realizado mayormente en convertidores Pierce-Smith. para formar cobre “blíster” (99% de Cu). La única desventaja es la inestabilidad de la escoria. como se muestra en la Figura 2. La temperatura de los productos de la fusión son controlados ajustando (i) la razón N2/O2 de ingreso a la lanza. el proceso es auto térmico. principalmente cobre solidificado (proveniente de otras etapas de la fundición) y desechos de cobre. 13 . donde se sopla aire a la mata fundida a través de toberas sumergidas. La amplia aplicación de la tecnología Flash de Outukumpu se debe a la eficiente captura de SO2.2 Conversión de Mata (Davenport. Otras materias primas son la sílice. Figura 2.3 Diagrama de Convertidor Pierce Smith, donde se muestra todos los mecanismos utilizados (John G. Peacey, 2008). 2.2.1 Reacciones de Conversión. El conjunto del proceso de conversión puede ser descrito por el esquema de reacción: Cu-Fe-S + O2 + SiO2  Cu0l + 2FeO:SiO2 Fe3O4 + SO2 El proceso de conversión se lleva a cabo en dos etapas: (a) Una etapa de formación de escoria (soplado a fierro) donde el Fe y S son oxidados a FeO, Fe3O4 y SO2 por las reacciones: FeS + 3/2 O2  FeO + SO2 3FeS + 5 O2  Fe3O4 + 3 SO2 (2.12) (2.13) (2.11) El punto de fusión del FeO y Fe3O4 son 1385°C y 1597°C respectivamente, por lo que se añade sílice para formar una escoria líquida de FeO y Fe3O4. La etapa de formación de escoria termina cuando el fierro en la mata a disminuido a alrededor del 1%. El producto principal del soplado a fierro es Cu2S impuro, llamado “metal blanco”, a una temperatura de ~1200°C. 14 (b) La etapa de formación de cobre (soplado a cobre) es cuando el azufre en Cu2S es oxidado a SO2. El cobre no es oxidado apreciablemente hasta que casi todo el azufre es oxidado. Por lo tanto el cobre blíster, producto de la conversión, es bajo en S y O (0,001-0,03% de S, 0,1-0,8% de O). Sin embargo, el azufre y oxígeno remanente está de la forma de SO2, lo que forma pequeñas burbujas en la superficie del metal, debido a esto toma el nombre de “blister” del inglés que significa “ampolla” Industrialmente, la mata es cargada a los convertidores en varias etapas, cada etapa es seguida por la oxidación del FeS. La escoria es retirada del convertidor después de cada etapa de oxidación y se agrega mata nuevamente. De esta manera, la cantidad de cobre en el convertidor aumenta gradualmente hasta que sea suficiente (100-250 tons de Cu2S) para un soplado a cobre final. En este punto el Fe en la mata es oxidado hasta llegar a un 1%, la escoria es retirada, y el resultado llamado “metal blanco” es oxidado hasta cobre blister. El proceso de conversión finaliza cuando en los óxidos de cobre aparecen muestras de cobre fundido. El cobre es vertido desde el convertidor a cucharas y así transportado hasta el horno de refino para remover el S y O y luego al moldeo de ánodos. 2.2.1.1 Reacciones de Soplado a Cobre. El soplado de aire y oxígeno en al metal blanco crea turbulencias en la mezcla de Cu2S y cobre. El producto de la oxidación de esta mezcla es el SO2, cobre fundido y óxidos de cobre. El cobre fundido es denso y rápidamente queda por debajo de las toberas. Las más probables reacciones de esta etapa son: Cu2S + 3/2 O2  Cu2O + SO2 Cu2S + 2 Cu2O  6 Cu0l + SO2 Sin embargo algo de cobre puede ser generado directamente por: Cu2S + O2  2 Cu0l + SO2 (2.16) (2.15) (2.14) 15 2.2.1.2 Eliminación de Impurezas Durante la Conversión. Los principales elementos removidos desde la mata durante la conversión es el Fe y S. Sin embargo muchas otras impurezas son parcialmente removidas como vapor o escoria. La Tabla 2.2 muestra alguna distribución. Una característica importante de los mostrado por los datos es que la retención de impurezas en el cobre blíster aumenta significativamente con el aumento de la ley de la mata (% de Cu en la mata). Esto es porque matas con altas leyes requieren menos soplado y por lo tanto forman menos escoria. La Tabla 2.2 también muestra la significativa cantidad de impurezas que contienen los gases de fundición. Estas son eventualmente colectadas durante la etapa de limpieza de gases, además contienen suficiente cobre para ser reciclados al horno de fusión. Sin embargo, al realizar el reciclo todas las impurezas vuelven al circuito. Tabla 2.2 Distribución de impurezas durante conversión Peirce-Smith de matas de baja y alta ley (Mendoza y Luraschi, 1993). Alimentación Mata de 54% de Cu % de distribución en cobre en escoria de Elemento blister As Bi Pb Sb Se Zn 28 13 4 29 72 11 conversión 13 17 48 7 6 86 en gas de conversión 58 67 46 64 21 3 Alimentación Mata de 70% de Cu % de distribución en cobre en escoria de en gas de blister 50 55 5 59 70 8 conversión 32 23 49 26 5 79 conversión 18 22 46 15 25 13 Por estas razones, algunas fundiciones tratan los polvos para remover las impurezas antes de ser recirculadas. El bismuto, en particular, es removido porque (i) causa que los ánodos se vuelvan frágiles y (ii) puede ser valorado como subproducto. 16 Industrialmente.2 Operación de un Convertidor Pierce-Smith (CPS). La 17 .5 m de ladrillo refractario de magnesita-cromo. Convertidores de estas dimensiones tratan de 300 a 700 tons de mata por día. un convertidor Pierce-Smith es típicamente de 4 m de diámetro y 11 m de largo. las toberas requieren una limpieza periódica (“picado”) para remover las acreciones de mata que se forman en la salida de las toberas. especialmente durante el soplado a escoria (Bustos. a una presión de 1. Consisten de una carcasa de acero de 5 cm de espesor con ~0. Los gases contienen entre un 8 a 10% en volumen de SO2 después del enfriamiento y la remoción de polvos de fundición. 2000). Las toberas de los CPS son tubos de acero al carbono o de acero inoxidable que están ensamblados en los refractarios de los convertidores. El oxígeno industrial es añadido antes de que ingrese al convertidor el flujo de aire. El aire utilizado es suministrado por sopladores eléctricos o de turbinas a vapor. El gas es soplado a través de una línea de toberas. Una fundición posee desde dos a cinco convertidores. Ingresando el flujo de gas al convertidor. 2002. EFMA. Alrededor del 85% del cobre producido en el mundo es originado desde minerales sulfurados. produciendo entre 200 a 600 tons de cobre diariamente. dependiendo de su capacidad de fusión. que corre por rieles detrás del convertidor.2. Se sopla aire enriquecido con oxígeno o solo aire hacia dentro del convertidor con un flujo aproximado de 600 Nm3/min.3 Captura y Fijación de Azufre (Davenport.2 atmósferas. Esto se realiza usualmente mediante una maquina de Gaspé. Los gases producidos en el CPS son colectados por una campana de acero (usualmente enfriados con agua) que cubre la boca del convertidor y van a la planta de limpieza de gases.2. Las toberas están unidas a una tubería de distribución y conectada a una válvula rotatoria. 2. El picado se realiza mediante una barra de acero que se introduce a través de las toberas. que van desde 40 a 60 por convertidor. El azufre se obtiene en la mayoría de los procesos de extracción de cobre. 1988). Sus gases son muy diluidos. dependiendo de la razón azufre/cobre que se alimente al horno se fusión. hasta un 1% en volumen en un horno de Reverbero. La excepción son los gases provenientes desde los hornos de reverberos. Las fundiciones de cobre típicamente producen 2. Absorción del anhídrido sulfúrico (SO3) con ácido sulfúrico al 98%. 18 . En el pasado. por lo cual ahora las fundiciones captan una gran parte del SO2 que producen para producir ácido sulfúrico y ocasionalmente SO2 líquido. esta práctica está ahora prohibida en el mundo. 2. lo que hace económicamente inviable la producción de ácido sulfúrico. El SO2 es dañino para la flora y fauna.0 toneladas de ácido sulfúrico por tonelada de cobre producida.1 Producción de Ácido Sulfúrico. La concentración de SO2 en los gases de fundición varía desde un 70% en volumen. Conversión de SO2 a anhídrido sulfúrico (SO3). Secado de los gases con ácido sulfúrico al 93%.forma más común de encontrarlo es SO2 proveniente de gases de las etapas de fusión y conversión. el SO2 proveniente de los procesos de fusión y conversión se enviaba directamente al ambiente. por esto. se debe evitar que llegue al medio ambiente. Esta es la razón principal de que los hornos de reverbero no se utilizan en la actualidad.5-4.3. Por lo cual existen regulaciones que limitan las emisiones de SO2 al ambiente. Oxidación catalítica. La fabricación de ácido sulfúrico involucra los siguientes pasos: Enfriamiento y limpieza de gases. en un horno de fusión Flash Inco. Los gases provenientes de fusión y conversión son tratados en la planta de ácido sulfúrico para remover el SO2. La concentración del SO2 en los gases de conversión varía desde un 40% en un “Flash Converter” hasta de 8 a 12% en los gases de los CPS. Sobre esta temperatura las estructuras metálicas comienzan a ser débiles. que no sólo enfría el gas.5% de S que ingresa al sistema de tratamiento de gases. El enfriamiento de los gases se realiza usualmente mediante una caldera recuperadora.2.3. Los remanentes de SO2.2 Tratamiento de los Gases de Fundición.1 Enfriamiento del Gas y Recuperación de Calor. (b) Una zona de convección. deben ser limpiados de la neblina ácida y luego enviados a la atmósfera.4 se muestra un diagrama del proceso. Los precipitadores electrostáticos operan alrededor de los 300°C. sino que también recupera el calor en forma de vapor. Las calderas consisten de: (a) Una zona de radiación. y la otra parte es el producto final de la operación. existentes en los gases de fundición. En la Figura 2. en la que el calor es transferido a agua presurizada a través de tubos suspendidos en el paso de los gases. Los gases de residuo de la planta de ácido. 19 . 2. 1990). Estos gases contienen comúnmente menos del 0. en la cual el calor del gas es transferido a agua presurizada a través de tubos ubicados en el techo y paredes a lo largo de la cámara. El primer paso.3. A continuación se describen las diferentes etapas del tratamiento de los gases de fundición para la producción de ácido sulfúrico. SO3 y la neblina de H2SO4 se trata con soluciones de carbonato o hidróxido antes ambiente (Tomita. obtenido de la etapa de absorción es diluido para utilizarlo en la etapa de secado. es el enfriamiento de los gases para que puedan pasar por los precipitadores electrostáticos para eliminar los polvos de fundición. y a una temperatura más bajas se genera corrosión debido a la condensación de ácido sulfúrico que se forma del SO3 y H2O. del tratamiento de los gases de fundición.Una parte del ácido concentrado. de ser eliminadas al 2. estos son colectados y recirculados al horno de fusión junto con el concentrado (Davenport.El vapor generado es utilizado para generar electricidad o para el secado del concentrado y varias tareas de calentamiento dentro de la fundición. 2000) Los polvos que salen del horno con baja velocidad. precipitan dentro de la caldera recuperadora.5% Humidificación/lavado Absorbedor final Torre de Enfriamiento Precipitador Electroestático humedo Intercambiador de calor Torre de Secado Convertidor cama 4 Soplador Convertidor cama 3 Convertidor cama 2 Convertidor cama 1 Absorbedor intermedio Intercambiador de calor Agua Intercambiador de calor Intercambiador de calor Figura 2. Esto se utiliza principalmente en los gases provenientes de equipos Inco. Combustible Aire Concentrado de Cu Fusión Conversión Caldera recuperadora Sistema de enfriamiento Lavado Lavado Precipitador Electroestático Precipitador Electroestático Soplador Soplador Ácido sulfúrico 96-98. Un método alternativo es enfriar los gases de fundición mediante sprays con agua.4 Diagrama de producción de ácido sulfúrico (EFMA. Los enfriamientos con sprays evitan la inversión en equipos de recuperación de calor pero se desperdicia el calor de los gases. 2002). Teniente y Peirce-Smith. 20 . 2. ser: (a) Construidos con materiales a prueba de ácido.2 Precipitación Electrostática de Polvos. 21 . el gas es lavado con agua en una torre abierta o Venturi. F2. (b) Periódicamente desconectados y lavados con agua para remover los sólidos capturados. (ii) atrapándolas en una placa o cable cargado. Los precipitadores de neblina operan de forma similar a los precipitadores electrostáticos descritos anteriormente. Las partículas de polvo son capturadas por (i) cargándolas en una corona de campo de alta voltaje eléctrico.3.2. Después del enfriamiento.2. El gas es llevado de la etapa de enfriamiento hasta los precipitadores de neblina para eliminar finas gotas o líquidos remanentes en el gas después del lavado y enfriamiento. El gas es entonces enfriado a 35-40°C por contacto directo con agua de enfriamiento en una torre empacada y por contacto indirecto con agua de refrigeración en un intercambiador de calor. Después de la precipitación electrostática. 1999). Ellos deben.3. (iii) colectándolas neutralizando la carga y sacudiendo cables o placas. sin embargo. (b) Absorbe Cl2. SO3 y otros vapores (por ejemplo As2S3). 2.3 Lavado con agua y enfriamiento. los gases de fundición pasan a través un precipitador electrostático para remover más polvos. Este lavado: (a) Retira los remanentes de polvos desde el gas. Los precipitadores remueven alrededor del 99% del polvo que ingresa con el gas (Conde. 3. El SO2 en los gases de fundición es oxidado a SO3. secar el gas. El gas.3 Oxidación de SO2 a SO3. El flujo de ácido es alimentado por el tope y el gas por el fondo. El agua reacciona fuertemente con el ácido formando moléculas de ácido hidratado. es llevado por los sopladores principales de la planta de ácido hacia la zona de conversión y absorción. intercambiadores de calor y en las camas del catalizador.5 atm).2.3 a 0.5 Sopladores Principales de la Planta de Ácido. y el producto gaseoso es un gas que contiene típicamente 50-100 miligramos de H2O/Nm3 de gas. que es retirada durante el filtrado.07 atm en el horno de fusión. Esto se realiza para prevenir la formación. al hacer pasar el gas a través de fibra eliminadora de neblina. ahora seco. Estos mueven alrededor de 100 a 200 mil Nm3 de gas por hora.3. antes de los sopladores y a presión después de los sopladores (0. El producto líquido producido en esta etapa es ácido ligeramente diluido al 93%. El sistema de manejo de gases (“Tren de Gases”) se encuentra a vacío. típicamente -0. sin intención.3. 2. La reacción de oxidación es: SO2 (g) + ½ O2 (g)  SO3 (g) 22 (2. El siguiente paso en el tratamiento es remover el H2O(g). Se utilizan típicamente dos sopladores centrífugos de 3 MW cada uno. 2.2. El agua es removida mediante contacto con ácido sulfúrico al 93% (ocasionalmente al 96 o 98%).2. El gas también contiene pequeñas gotas de neblina ácida. de H2SO4. lo que produciría corrosión en los ductos. El contacto se realiza en una torre rellena con lecho empacado. y este es arrastrado hacia el tope por los sopladores de la planta de ácido.4 Secado de Gas. es decir.17) . en preparación para la absorción con ácido al 98%. Las reacciones de absorción deseadas son: SO3 (g) + H2SO4 (l)  H2S2O7 (l) seguido por: 23 (2. Sobre los 650°C ocurre la desactivación térmica del catalizador. catalizada por V2O5-K2SO4. El SO3 formado en la oxidación catalítica del SO2 es absorbido mediante ácido sulfúrico al 98%. de SO2 a SO3. si es necesario) para asegurar una conversión completa del SO2 a SO3. Por esto. para que ocurra esto el agua debe estar en fase vapor. 2. Sin embargo. dado que el SO3 no es absorbido directamente por el agua. se hace pasar el gas a través de camas de catalizador de vanadio (V2O5-K2SO4). lo cual hace prácticamente imposible su coalescencia. los gases que ingresan al catalizador son calentados a temperaturas entre los 400-440°C. para asegurar una rápida conversión de SO2 a SO3.3.18) Esta reacción no es posible para la manufactura de ácido sulfúrico.La reacción es muy lenta sin la presencia de un catalizador. La temperatura de activación a la cual comienza la reacción de conversión.4 Absorción de SO3. La razón volumétrica de O2/SO2. largos periodos de tiempo a estas temperaturas reduce la actividad del catalizador y una disminución de la conversión.19) . es alrededor de uno o más (por adición de aire. Sin embargo. siendo este proceso lento. El proceso ocurre en una torre empacada similar a la torre de secado. es aproximadamente 360°C. El catalizador puede estar sujeto a temperaturas entre los 700-800°C por periodos cortos de tiempo sin causar una desactivación importante. que debe entrar a las camas de catalizador. En el proceso de absorción ocurre entre el gas cargado de SO3 y ácido sulfúrico a contra flujo. la presión de vapor del agua en una solución de ácido sulfúrico al 98% es baja (< 2*10-5 atm a 80°C). por lo cual. generando vapor de H2SO4. La reacción a esta temperatura es relativamente lenta. evitando el problema del vapor de agua. Este vapor de ácido condensa como una fina niebla. En general la reacción de absorción es: SO3 (g) + H2O (l)  H2SO4 (l) (2. H2O (l) + H2S2O7 (l)  2 H2SO4 (l) (2. por lo que el ácido concentrado debe ser enfriado antes de (i) ser recirculado para una posterior absorción o (ii) ser enviado a estaques de almacenamiento. las Ecuaciones (2.20) son probablemente predominantes.20) Algo de SO3 es indudablemente absorbido por el agua de acorde a la reacción (2. debido a la preponderancia de las moléculas H2SO4 en el absorbente. 24 .18).19) y (2. La absorción de SO3 es exotérmica. sin embargo. Su proceso productivo (fusión de concentrados de cobre) se realiza mediante el moderno horno flash. En 1960 se restablecen las actividades luego de 14 años de paralización (desde 1946).934 toneladas de cobre anódico y 466.1 se puede observar una imagen panorámica de la fundición. Entre 2002-2005 se inicia y culmina 25 . Los Mantos. En 1958 la Fundición es adquirida por la Compañía Minera Disputada de las Condes. En 1986 se instala el Horno Flash Outokumpu.1 División Fundición Chagres (AngloAmerican.729 toneladas de ácido sulfúrico. con lo que la división pasa a ser parte de sus operaciones. Cordillera y El Soldado. en la comuna de Catemu. además se inicia la operación de la planta de ácido. La Unión. Entre 1914-1917. entre personal propio y contratistas de operación y proyectos. En la Figura 3. a 100 kilómetros al norte de Santiago y a 400 metros sobre el nivel del mar. En 1995 se amplía la capacidad de recuperación de azufre a un 95% mediante la instalación de un sistema de doble absorción. se construyen las instalaciones que dieron origen a la Fundición. En 1978 Exxon Minerals adquiere la mayoría accionaria de Disputada de Las Condes. una tecnología que destaca por sus bajas emisiones y que hace de esta fundición la líder en materia medio ambiental en Chile. 2011) La División Fundición Chagres se encuentra ubicada en la V Región. El año 2000 Anglo American adquiere la Compañía Minera Disputada de Las Condes. además se da inicio a las operaciones de concentración y fusión de minerales provenientes de los yacimientos La Poza. con una capacidad de recuperación de azufre de 70%. En 2010 produjo 137. una inversión de más de US $200 millones. Chagres cuenta con una dotación aproximada de 500 trabajadores.CAPITULO 3: ANTECEDENTES DIVISIÓN FUNDICIÓN CHAGRES 3. En esta área se almacena el concentrado en silos dependiendo de su origen. se determinan los porcentajes que se distribuirá a la alimentación al horno. las cuales se pueden ver en la Figura 3.2 Proceso Productivo Fundición Chagres (Gerencia de Operaciones Fundición Chagres. 2006) El proceso productivo de la Fundición Chagres consta de las siguientes etapas.2: 3.1 Imagen Fundición Chagres 3. el cual tiene por objetivos aumentar su producción y reducir sus emisiones al ambiente. que alimenta una correa longitudinal que lleva la carga hasta la zona de preparación de carga.el proyecto de optimización de la fundición.1 Preparación de Carga.2. al igual que el fundente. Mediante una cargador frontal ubicado en la nave de almacenamiento de carga. Dependiendo la composición mineralógica de los concentrados y las necesidades de fusión. Figura 3. entrega la carga a un buzón de una correa pesométrica. Una vez 26 . reciben vapor proveniente de la caldera hacia el interior de este eje y desde ahí hacia el interior de los anillos de acero inoxidable. denominado “Sistema Air Lift”. En la descarga de cada secador. su fluidez es excelente. que son quienes entregan su calor a la mezcla secándola a un 0. Estos mediante un eje principal horizontal. en el sistema de control distribuido (SCD). Figura 3. 2011) 3.2 Esquema del proceso productivo de la Fundición Chagres (AngloAmerican Chile.2 Secado de Carga. debido a las características de la mezcla seca.definida esta composición. La mezcla. es alimentada a los secadores 1 y/ó 2 para ser secada por convección al tomar contacto con las paredes de los “rings” al interior del secador. 27 .2% de humedad. existen harneros vibratorios para impedir el paso de material sobre el tamaño de 100 micrones al proceso.2. ya que. proveniente de la zona de preparación de carga. se ingresan los parámetros de la preparación de carga para cada silo. La mezcla de concentrado/fundente seca es elevada a la tolva de almacenamiento de capacidad de 400 tons por medio de un sistema de transporte neumático. al sistema “air slide”. consistente en inyección de un caudal de nitrógeno hacia el interior de las descargas de la tolva. precipitadores electroestáticos y el propio venteo de la tolva de 50 tons. Este sistema consistente en una caja larga y rectangular con un grado de inclinación hacia el quemador principal. Los tornillos dosificadores descargan a su vez a un chute pantalón que permite que la mezcla seca sea recibida por el sistema “Air Slide”. que cuentan con sistema de cálculo del tonelaje en su interior. En la parte inferior de la tolva de 400 tons existen dos descargas de mezcla seca. que recolecta los polvos recuperados en ciclones de venteo de la tolva de 400 tons. con el objetivo de facilitar el escurrimiento de la mezcla hacia los silos dosificadores. venteo de silos. Además de la mezcla seca proveniente de los tornillos dosificadores.4 Quemador Principal de Carga Seca. esta caja cuenta en su interior con una cámara donde llega la mezcla separada por un piso falso con orificios. 3. los que permiten la salida de aire presurizado con el objetivo de facilitar el desplazamiento homogéneo de la carga seca al interior del quemador principal. El sistema de control del alimentador “Loss-In-weight” ajusta la velocidad de rotación de los tornillos para la dosificación correcta de carga seca y que la razón de alimentación permanezca constante. La carga seca y los polvos reinsertados al proceso. el que posee un control de velocidad del aire 28 . es almacenada en una tolva de almacenamiento de capacidad de 400 toneladas.3. ambas de iguales características. son alimentados al quemador principal del horno flash. caldera. Estas cuentan con un sistema de fluidización de la mezcla. montado en una cámara de aire de distribución. desde donde se entrega la mezcla para fusión de la misma. Estos almacenan la mezcla seca para ser alimentada a los tornillos dosificadores (dos en cada silo) que obedecerán a los parámetros determinados desde el SCD para entregar la mezcla a la tasa de fusión requerida y “seteada” por el proceso.2. La mezcla seca de concentrado y fundente (sílice). también se incorporan los polvos recuperados provenientes de la tolva de 50 tons. el que consiste en un distribuidor de carga de acero inoxidable.3 Alimentación de Carga.2. Cámara de aire. de manera de minimizar la carga calórica en las paredes de la torre de reacción y facilitar la fusión de las partículas de carga seca mediante las reacciones de oxidación propias de los componentes mineralógicos de la carga alimentada. Este diseño del quemador permite que el aire del jet homogenice la alimentación de sólidos permitiendo un esparcimiento del flujo en suspensión.3 Partes principales del quemador de concentrado: 1. Además la lanza posee una tubería central de oxígeno la cual introduce el oxígeno en medio de la suspensión. 2006).Lanza de distribución. 29 .. 2. cabezal de cobre refrigerado.enriquecido de proceso. (AngloAmerican-Chile. un tapón regulador de aire de proceso concéntrico al distribuidor de carga. el cual puede ser controlado ajustando la razón de flujo del aire de distribución. además un cabezal de cobre refrigerado localizado en la parte inferior del quemador de concentrado y una lanza central montada sobre el distribuidor de carga.. 3. La lanza central puede regular la velocidad de alimentación de carga al horno en forma automática y manual.Distribuidor central.. Figura 3. El proceso de conversión se lleva a cabo a temperaturas cercanas a los 1200 °C y tal como fue mencionado anteriormente. empotradas en el refractario y se conectan a una armónica de distribución.5 Conversión de Mata. El eje producido es enviado mediante ollas en suspensión por un puente grúa hacia los cuatro convertidores Pierce Smith (CPS).2. Las partículas en suspensión son retiradas en un precipitador electroestático Lurgi. no se requiere de combustible adicional por la generación de calor a través de las reacciones de oxidación del fierro y del azufre. se requiere 30 . El eje o mata es retirado por cinco sangrías dispuestas a lo largo del costado poniente del horno y una en el costado sur. para facilitar su completa fusión en la torre de reacción. los gases luego siguen a la cámara de mezcla de gases. Los gases resultantes son procesados y enviados por un tren de gases compuesto de una caldera recuperadora de calor y productora de vapor para el secado de carga. 3. Las partículas de concentrado fundido son depositadas en el settler o sedimentador en donde se realiza la separación de fases de escoria y eje o mata. se efectúa un punzado de éstas con barretillas de acero en forma periódica y automática. aún más. provenientes de fusión y conversión. Luego de cargado este líquido. se inyecta aire al interior de la mata por una sola línea de toberas de 2’’ de diámetro.Un caudal de aire de proceso permite la formación de un “paraguas” de carga seca que se puede regular mediante la operación de un motor que permite subir o bajar la lanza del quemador principal creando así diferentes radios de dispersión de la mezcla seca. La escoria es retirada por dos sangrías en el cabezal norte del horno y entregada a dos hornos de limpieza de escoria (HLE) para recuperar cobre contenido en ella.5% Cu). para ser inducidos a la planta de ácido para la obtención de ácido sulfúrico. La mata producida en el proceso de fusión del Horno Flash es cargada en estado fundido por una gran abertura o boca al convertidor para su transformación a cobre blíster (98. Para eliminar las obstrucciones de las toberas. que se producen por solidificación de material en su extremo durante el ciclo de operación del convertidor. Las toberas se sumergen de 20 a 30 cm en la mata. y mantener el flujo de aire. Existen 34 toberas por convertidor.5 a 99. Los gases del proceso contienen principalmente anhídrido sulfuroso (SO2) los que son evacuados en forma continua a través de la boca del convertidor.05 m de diámetro x 7. El objetivo del horno de limpieza de escoria (HLE) es recuperar el cobre contenido en la escoria. “stand by”. se colectan por medio de una campana refrigerada por agua y enviados al circuito de enfriamiento y manejo de gases y polvos. sólo dos de ellos pueden soplar en forma paralela. El metal eje proveniente del horno flash y una menor cantidad que proviene de los horno de limpieza de escoria. se reduce el contenido de magnetita (Fe3O4) en la escoria proveniente del horno flash y de los convertidores Peirce-Smith. generando los agentes reductores efectivos: monóxido de carbono (CO) e Hidrógeno (H2). Son éstos últimos los que finalmente reducirán la magnetita contenida en la escoria.6 Hornos de Limpieza de Escoria. mientras que el tercero queda caliente esperando carga.de la adición de carga fría (circulantes) para mantener la temperatura en los niveles adecuados y no dañar la mampostería del horno. es decir. ni el sistema de manejo de gases. Un menor tiempo de ciclo y un mayor consumo de carga fría. 31 . se trasporta en ollas mediante puentes grúa y se carga a través de la boca a los convertidores Peirce-Smith. Para lograrlo. para ser tratados finalmente en la planta de ácido. en un rango que normalmente se encuentra entre 25 a 28%. De los tres convertidores que se encuentran en operación.32 m de largo. lo que permite una separación de las fases contenidas y por lo tanto la liberación del cobre atrapado. La fundición de Chagres cuenta en la actualidad con cuatro convertidores Peirce Smith de similares características: 3. Reducir el contenido de magnetita significa disminuir la viscosidad de la escoria. 3. Estos gases junto con el polvo arrastrado. La operación actual considera utilizar tres convertidores en caliente y el cuarto convertidor queda en mantención.2. se logra operando con aire de soplado enriquecido con oxígeno. En el caso de Fundición Chagres se hace reaccionar aire de planta con petróleo Enap 6. generando de esta manera: una escoria de descarte y una fase rica en cobre. (3. favoreciendo el contacto entre el cobre oxidado y el agente reductor. El volumen de gases generados produce una fuerte agitación en el baño. y así se reinicia la etapa de oxidación. Reducción: Consiste en inyectar por toberas combustible Enap 6 y aire. cuyos productos escapan por la salida de gases. El proceso de Refino posee las siguientes etapas: Carguío: carguío de cobre al horno de refino. quedando el horno en espera de la cuarta carga de cobre Blister. se inicia con el vaciado de ollas de 4 m3 conteniendo cobre blíster.2. de manera de completar un total de 4 a 5 cargas o ciclos de conversión desde los convertidores Pierce Smith. De ésta manera se logra reducir el exceso de oxígeno disuelto producto de la etapa de oxidación.1) Al mismo tiempo el oxígeno es disuelto en el cobre.7 Hornos de Refino y Moldeo de Ánodos. La reducción se realiza hasta que la concentración de oxígeno baje a nivel de menos que 1. Oxidación: se inicia con el carguío de 3 cargas en el horno de refino. Durante esta etapa se producen reacciones exotérmicas.3. Sangrado: Consiste en perforar el tapón de greda ubicado en la placa de sangrado. ubicado bajo la boca de carga en el manto del horno. La operación comienza con la inyección de aire (oxígeno). principalmente el azufre. El cobre refinado es recibido en la taza receptora de cobre y dirigido a través de la canaleta hasta la cuchara intermedia y cuchara de moldeo.000 ppm. que permiten eliminar el uso de quemador o usarlo parcialmente. con el fin de oxidar gran parte de las impurezas contenidas en el cobre blíster. al cobre blíster fundido a través de toberas. para posteriormente ser moldeado como ánodo en la rueda de moldeo. existiendo un incremento notorio de 32 . S(Cu) + O2  SO2 oxígeno en el baño durante esta etapa. Vaciado de Escoria: Terminada la oxidación. se descarga la escoria generada. en conjunto con el exceso de reductor que no alcance a reaccionar. para su posterior entrega para su tratamiento. las cuales se explican anteriormente en el Capítulo 2: Limpieza de gases y enfriamiento para reducir temperatura del gas y extraer el polvo arrastrado (SO2). a la plataforma también de Honeywell.3 Sistema de Control Fundición Chagres (Campos.000 Nm3/h de gases de fundición. El sistema de control existente en la Fundición Chagres es la plataforma Experion Process Knowlege System (PKS) de Honeywell. Secado de los gases.2. Absorción del SO3. El ácido sulfúrico producido es almacenado en cuatro estanques de 1000 tons cada uno para su posterior despacho. En este rango de operación.8 Producción de Ácido. Este sistema vino a reemplazar el año 2009. la planta funciona normalmente. Los efluentes de la planta son almacenados en dos estanques de capacidad de 15 tons cada uno. 3. La planta de ácido es capaz de procesar hasta 150. los cuales pueden ir de una concentración de SO2 de un 6% a 12%. 2010).3. La planta de ácido consta de las siguientes etapas claramente identificables. TPS/PMS 3000. Almacenamiento y calidad del ácido Tratamiento de efluentes o líquidos de descarte. que es utilizado en el proceso y en la operación. 33 . Conversión de SO2 a SO3. mediante una migración de sistema. Además el calor excesivo generado durante la conversión es retirado por medio de una Caldera de Calor Residual para producir vapor saturado. El sistema de control cuenta con servidores y controladores separados.La Fundición Chagres posee aproximadamente 5000 señales de medición y alrededor de 300 lazos de control. como se muestra en la Figura 3. 34 . es decir.4. logrando monitorear todas las variables del proceso. por lo cual es un sistema que unifica todos los procesos de la fundición. para cada parte de la fundición. zona de planta de ácido y zona de servicios (planta de agua y oxígeno). El sistema tiene la posibilidad de conectar tanto señales de instrumentos como señales provenientes de PLC’s. para la zona de fusión y conversión. desde partida de motores hasta controles de presión y temperatura. Figura 3.4 Componentes del Sistema Experion PKS. los cuales controlan casi el 90% de los equipos de la fundición. El sistema cuenta con 12 controladores C300 redundantes en total. las cuales se encuentran conectadas a un PLC o a un Controlador C300 de Honeywell. enrutados y recibidos por el destinatario. incluidos los softwares de sistemas y automatización que no son de Honeywell.5 Gabinete ingreso de señales de terreno mediante fibra óptica (ModBus) y PLC locales mediante Ethernet (TCP/IP).1 Sistema Experion PKS (Honeywell. en una arquitectura única y unificada. Figura 3. En la Figura 3. transmitidos. 3.5 se puede observar un gabinete de ingreso de señales de terreno. Las señales provenientes de PLC locales se realiza mediante Ethernet con protocolo TCP/IP. este protocolo se basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor. el cual provee conectividad de extremo a extremo especificando como los datos deberían ser formateados. 35 . direccionados.3. 2007). utilizando el protocolo ModBus.El trasporte de las señales de proceso se realiza mediante fibra óptica. Las principales características del Sistema Experion PKS son:  Es una plataforma que proporciona la base para la integración de todos los procesos de control y sistemas de seguridad. para ampliar la automatización mediante soluciones inalámbricas.  Capacidad de computación móvil. Contiene diferentes tecnologías (FOUNDATION* Fieldbus. proporcionando una mayor seguridad y fiabilidad del sistema. los requisitos de negocio y la gestión de activos. experiencia en el campo industrial y metodología Six Sigma para obtener resultados que no se podría lograr a través del control tradicional. DeviceNet. Amplio conjunto de software de captura y difusión del conocimiento del proceso.  Herramientas que apoyan la toma de decisiones para minimizar las interrupciones o detenciones y superar situaciones anormales. PlantScape ® y sistemas de automatización de procesos de otros proveedores. HART. productos farmacéuticos. para utilizar al máximo sus conocimientos.NET ® y Honeywell HMIWeb para constituir un servicio a escala con vista única. Abnormal Situation Management®. TDC 2000 ®.  Interfaces con FOUNDATION ™ fieldbus. incluyendo TotalPlant ® Solution (TPS). TDC 3000 ®. LON. El Sistema Experion PKS se utiliza para integrar.  La plataforma se integra totalmente con los sistemas anteriores de Honeywell. generación de energía. Esta plataforma de Honeywell unifica la funcionalidad de las personas con las variables de proceso. optimizar la producción 36 . para una mejor toma de decisiones de negocio. TotalPlant Alcont. incluyendo refinerías. and Information Management) que se combinan para obtener como resultado la generación de herramientas para mejorar los procesos. controlar y supervisar procesos complejos en muchos tipos de establecimientos industriales. Profibus. ControlNet y Interbus para optimizar los activos existentes. Asset Management.  Posee tecnologías Microsoft. Experion PKS permite gestionar el conocimiento del proceso a través de una combinación de tecnologías avanzadas. plantas químicas y papeleras.  Posee el sistema “Safety Manager” que unifica el sistema de seguridad y control.  Red de Negocios: 37 . es necesario conectarse directamente al PLC para modificar su lógica de control. consola de trabajo donde se pueden realizar modificaciones de los controladores ya existentes (C300) y nuevos desarrollos en estos controladores. en lugar de las operaciones de rutina del proceso.y lograr objetivos económicos. En el caso de la fundición. además del “Asset Manager”.  Red de Control Avanzado: o En esta zona se encuentra las estaciones de control multivariable y optimización. Además a esta red se encuentran conectadas las consolas de los operadores de sala de control y el servidor de base de datos histórico.  Red de Control Local: o A esta red están conectados PLC con controladores básicos. a los cuales están conectados los instrumentos de medición en terreno de las áreas de Fusión. Para poder realizar algún cambio en los controladores dentro de esta red.  Red de Control Supervisor: o A esta red se encuentran conectados los controladores C300 redundantes. También en esta red está conectado el servidor PI System. apoyando a la toma de decisiones y a las herramientas de diagnóstico para centrarse en mejorar la rentabilidad. 3. por medio del cual se puede acceder a la base de datos de la operación. específicos de una zona de la planta. así como los despliegues que observan los operadores de consola (HMI). está la planta de tratamiento de aguas y la planta de generación de oxígeno. Conversión y Planta de Ácido.2 Arquitectura del Sistema (Honeywell.3. 2007) La arquitectura del Sistema Experion PKS consta de 4 niveles y con controladores (C300) redundantes. 38 . además de los servidores de almacenamiento de datos (PHD).o Esta red aloja los servidores de aplicaciones de negocios y de seguridad. se considera como límite de capacidad. limpieza y transporte de gases hacia la cámara de mezcla. Fundición Chagres. donde se obtiene un flujo común de gases hacia la planta de ácido. para lo cual se realizó una modificación completa en la 39 . provenientes del horno de fusión flash (HFF) y los convertidores Pierce Smith (CPS). Para poder llegar a este nivel de producción de ácido sulfúrico. debido a la tecnología que utiliza. se realizaron mejoras en todo el tren de gases de la fundición. la cual permite tratar 610 [Kton/año] de concentrado. se obtiene un mayor volumen de gases producido. Bajo el nuevo escenario de fusión. Debido a estas modificaciones. DE VARIABLES OPERACIONALES DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE GASES. cambios en el quemador del horno flash y mejoras en el sistema de refrigeración del horno flash.CAPITULO 4: ANÁLISIS CHAGRES. posee como principales unidades de emisión los gases de proceso con altos contenidos de SO2. además de liberar cuellos de botella que radica en la capacidad del HFF y el escenario de operación con dos CPS soplando. la cual incluye. El horno flash es intervenido en varias de sus partes. equivalente a una producción de 184 [Kton/año] de cobre anódico. un proceso de expansión de sus instalaciones. el sistema de dosificación de carga al horno. Fundición Chagres. Fundición Chagres. Estos hornos (HFF y CPS) cuentan con sistemas de captación.1 Proceso de Extracción de Gases. la actual capacidad de tratamiento de gases de la planta de ácido. Esta ampliación tiene como objetivo mejorar los estándares ambientales y de calidad de la fundición. FUNDICIÓN 4. enfriamiento. realizó en el segundo semestre del año 2005. se mantiene la restricción de no soplar en forma simultánea más allá de 2 CPS. Además se reemplazó el precipitador electroestático (PPEE) Lurgi. 3 existentes pero alargados a 24’ y uno nuevo de 10’ x 24’. uno en redundancia. que actualmente operan en la Fundición Chagres son:   1 Horno de Fusión Flash (HFF). 4. Los equipos de los procesos de fusión y conversión que generan gases de fundición.55 m son alargados a 7.05 m x 6.1. No obstante lo anterior. que permite una mejora en la eficiencia de captación de polvos. 4 convertidores Pierce-Smith (CPS). de los cuales siempre se mantendrán tres equipos en caliente y el cuarto de ellos estará en mantención o stand-by. Con este escenario. que es la temperatura ideal de los gases en el tramo del tren de gases. y la generación de una mayor cantidad de vapor para el secado del concentrado entrante al HFF.caldera del horno flash. potenciado por proyecto. existe la inviabilidad ambiental de enviar gases de conversión a chimenea.32 m. El Tren de Gases HFF contiene los siguientes equipos:    Caldera Mitsubishi modificada en zonas de radiación y conversión. con un adecuado contenido de polvos. los convertidores Pierce Smith se convierten en el cuello de botella del proceso. 2 Ventiladores de Tiro Inducido Solyvent-Ventec. por uno nuevo. tres convertidores en caliente (un cuarto CPS en mantención) y dos soplando durante todo el año. El Tren de Gases CPS contiene los siguientes equipos:  4 Campanas. incluye nuevas campanas y cámaras de enfriamiento radiante (CER) para todos los CPS. condiciones que permite contar con cuatro CPS instalados. Conjuntamente con la imposibilidad física. que asegura un caudal de gases hacia la planta de ácido.05 m x 7. por lo cual los 3 CPS de 3. El nuevo sistema de manejo de gases generados por los convertidores Pierce Smith. 40 . PP-EE Lurgi. para la operación del área de conversión.32 m y se incorpora un cuarto convertidor de 3. dado la capacidad existente del tratamiento de gases en planta de ácido.1 Configuración del Tren de Gases HFF y CPS. con esto se asegura la obtención de gases a 380 [°C]. 1 se muestra la distribución de estos equipos en la fundición. El PPEE es una gran estructura en forma de cajón que contienen un número fijo de cámaras pequeñas o pasajes de gas. En la Figura 4. En la siguiente etapa. y con una concentración de SO2 entre un 40 y 44% en volumen.1. que efectúa la remoción de polvos por medio del campo eléctrico producido en él. 4 Válvulas Mariposa. En la línea central de cada pasaje hay una serie de electrodos que constituyen los componentes de alto voltaje en los pasajes de gas y la fuente de electrones para el espacio de gas. Con un caudal entre los 25000 y los 30000 [Nm3/h]. La caldera está formada. y un contenido de SO2 de 30 al 33% volumen de SO2 (disminución debido a las infiltraciones del sistema). los gases pasan por la caldera Mitsubishi. Los gases que se extraen de HFF. son impulsados por un ventilador de tiro inducido (VTI HFF) hacia la cámara de mezcla con un flujo de alrededor de 35000 [Nm3/h].    4 Cámaras de Enfriamiento Radiativa de 6 m de ancho y 2 pasos de 3 ductos. con una temperatura del gas de salida de 380 [°C]. 41 . El tren de gases del horno flash. Los gases que salen de la caldera se dirigen al precipitador electroestático (PPEE) de fusión. en la cual los gases transfieren calor a las paredes por radiación y una segunda zona donde se encuentran bancos de tubos. Comienza con la torre de up-take del horno flash. que corresponde al sector del horno donde se extraen los gases. posee la siguiente configuración. Además existe un ventilador de tiro inducido en “stand-by”. 4 Válvulas de aislación. 4. que sirve de redundancia ante cualquier falla del VTI HFF en funcionamiento. por una primera zona. Estos pasajes están formados normalmente por placas metálicas colectoras. a una temperatura de 1350 [°C].2 Características del Tren de Gases de Horno Flash. que aumentan la velocidad de paso del gas y así recuperar el calor en forma convectiva. Todos estos componentes permiten que los polvos se acumulen en las placas colectoras y por medio de golpeadores de polvos caen a las tolvas que se encuentran en la parte inferior del PPEE. que se encuentran a un potencial cero y están conectadas al casco del PPEE. la cual recupera el calor de los gases metalúrgicos. Ventilador de Tiro Inducido Solyvent-Ventec. 1 Tren de gases Fundición Chagres. 42 .Figura 4. El caudal de gases en boca de cada CPS. sino que por medio de los fenómenos de convección. se juntan en la cámara de mezcla con los gases extraídos de los CPS. las cuales se pueden diluir con aire de infiltración. mientras que en la etapa de soplado de cobre el caudal fluctúa entre 49000 y 46000 [Nm3/h] según datos de diseño. y de esta forma envían la mezcla de gases hacia la planta de ácido. para la etapa de soplado de cobre. 4. En resumen.1. entran en la cámara de enfriamiento radiativo. Los gases que se encuentran en la boca de cada uno de los CPS. Los gases. 1 CPS soplando fierro y 1 CPS soplando cobre y la condición más crítica es 2 CPS soplando cobre. esta última significa un mayor caudal hacia la planta de ácido. Esta dilución produce. con un valor de diseño del 125%. el gas resultante a la salida de la cámara de enfriamiento fluctuará entre 42700 a 52400 [Nm3/h] por CPS y dependiendo de la etapa de 43 . 2 CPS soplando fierro. Por otra parte se producen gases fugitivos equivalente al 5% del total de la mezcla de gases. con la finalidad de obtener gas a una temperatura de 380 [°C] a la salida de la cámara de enfriamiento radiativo. conducción y radiación. De acuerdo a todo lo anteriormente descrito. como diseño nominal a una temperatura de 1250 [°C].7 a 8. reduce la temperatura de los gases. el caudal de gases que alimenta a la cámara de enfriamiento radiativo en la etapa de soplado a fierro es de 40000 [Nm3/h]. Las diferentes órdenes de trabajo de los CPS son. entre un 75% al 145% de su volumen.3 Características del Tren de Gases de Convertidores. Para maximizar el uso del aire de soplado en CPS. ingresan a sus respectivas campanas. mientras que en la etapa de soplado de fierro es de 18500 [Nm3/h]. el tren de gases de CPS tiene las siguientes características. durante la etapa de soplado de cobre es de 23000 [Nm3/h]. que consiste en un enfriador que no utiliza ningún medio externo de refrigeración. para el soplado de fierro y entre 3100 y 3500 [Mcal/h].2% del volumen total. que se generan durante el ciclo completo de operación de un convertidor. Las cámaras de enfriamiento radiativo poseen una infiltración de un 15% del gas generado en boca del convertidor. que la salida de los gases por campana bajen a una temperatura de 590 [°C] aproximadamente. Esto entrega una capacidad de extracción de calor de 2300 [Mcal/h].Los gases provenientes de la líneas de HFF. con contenidos de SO2 entre un 5. más los gases producidos por dos CPS en la etapa de soplado de cobre. La cámara de mezcla es el lugar donde se juntan los gases provenientes de la línea de gases de HFF y la línea de gases de CPS. tiene un máximo de 112500 [Nm3/h].4 Características de la Cámara de Mezcla.1. con una capacidad de diseño de la planta de 150000 [Nm3/h]. hasta un manifold donde se unen los gases de los 4 CPS. que corresponde a la primera etapa en la producción de ácido sulfúrico. para una condición de operación de los CPS soplando cobre. a una temperatura de 385 [°C]. en los precipitadores electroestáticos húmedos y en la torre de enfriamiento. que se encuentran en la planta de ácido. 4.soplado en que se encuentre el convertidor. y un volumen de SO2 inferior al 12%. líquidas y sólidas se realiza en la torre de humidificación. La eliminación total o parcial de las impurezas gaseosas. La cámara de mezcla reúne un caudal de gases hacia la planta de ácido. 4. los gases son aspirados hacia la planta de limpieza de gases. luego el flujo de gases resultante es transportado por un ducto de 1750 [mm] de diámetro y 90 [m] de largo. además de SO2. En esta etapa los gases avanzan por medio de ductos de 1200 [mm] de diámetro. que va de 138000 [Nm3/h] a 148000 [Nm3/h].1. Los gases que entran a la cámara de mezcla contienen. polvos de fundición. vapor de agua y varias otras impurezas como el flúor. en el venturi scrubbber. para mantener la presión de la cámara de mezcla alrededor de -30 [mmca] y con esto permitir un buen trabajo de los sopladores KKK.5 Características de la Planta de Limpieza de Gases. llegando al Ventilador de Tiro Inducido (VTI CPS). El mayor caudal corresponde a la mezcla de gases provenientes del HFF. que es el encargado de extraer los gases. los cuales trabajan en serie. En situación ideal de trabajo el VTI tiene que recuperar la pérdida de carga que se produce en las líneas de gases antes de él. Desde la cámara de mezcla. La circulación del gas por esta etapa se realiza mediante la acción de los sopladores KKK1 y KKK2 que se encuentran después de la etapa de secado del gas de la planta de ácido. El caudal de gases en el ventilador. 44 . arsénico y mercurio. de la razón líquido/gas y de la humectabilidad del particulado. parcialmente purificado. El gas y el ácido de lavado pasan a contra flujo. lo que permite retirar parte de la neblina ácida. por otra parte el ácido formado. Dichas toberas rocían ácido diluido. así mismo. los cloruros. bajo estas condiciones es de 78 [°C]. El gas es conducido a la torre de enfriamiento. para seguir posteriormente recirculando ácido a través de la torre. como el secado y absorción. arsénico y selenio.La torre de humidificación consiste en una torre vacía. producen daños estructurales en el revestimiento del ladrillo antiácido de las torres. El gas frío. La temperatura de salida del gas. es directamente absorbido por el ácido de lavado. La presencia de flúor en el gas en etapas posteriores. principalmente. donde es lavado con ácido débil a cocorriente. El gas se lava y se enfría adiabáticamente por medio de evaporación de agua del ácido de lavado. Nuevamente el ácido débil se recircula en su interior a través del relleno en contra corriente. pasa a los precipitadores electroestáticos húmedos. El ácido débil acumulado en el fondo de los precipitadores es enviado al estanque de la torre de enfriamiento. el vapor de agua. es eliminada por precipitación eléctrica. En esta etapa una fracción del gas SO3 se transforma a H2SO4. la cual contiene relleno en su interior. el gas se enfría y se retiene la totalidad de las impurezas. Además en esta etapa el ácido es mezclado con una solución de silicato de sodio. la mayor parte de la neblina ácida y partículas de polvo. 45 . la torre de humidificación sirve para lavar los sólidos que entran de la cámara de mezcla. Debido al contacto de ácido de concentración inferior al 3% de H2SO4 con el gas húmedo. y el resto forma una neblina de ácido sulfúrico que sale de la sección de lavado junto con el gas. el líquido recirculado es enfriado en intercambiadores de calor externos. Adicionalmente a la condensación de impurezas volátiles. Gracias a esto. necesaria para que reaccione el flúor del gas y de esta forma retirarlo del sistema. En éstos. y todos los compuestos fluorados. que son unidades que operan de a pares en paralelo. con toberas dispuestas en la parte superior de la torre. La eficiencia del retiro de los polvos y neblina depende principalmente de la velocidad que adquiere el gas en la garganta del venturi o caída de presión en el equipo. El gas que sale de la torre de humidificación. ingresa al venturi scrubber. el cual se pone en contacto con la corriente gaseosa. La variable de proceso (PV) es obtenida mediante un sensor de presión. Fundición Chagres. descrita en la Sección 4. Se debe mantener esta presión determinada debido a que. El setpoint de este lazo de control se fija en -2 [mmca]. Todo esto gracias a la succión de dos sopladores KKK. para el lavado de la unidades de electrofiltros a través de toberas ubicadas en el techo de cada unidad. si la presión es menor.1. tipo PID. que transporta el gas desde la entrada a la torre de humidificación hasta la torre de absorción. El propósito de ello es mantener los electrodos limpios de polvo. de la presión en la zona de sedimentación del horno. en duplicado para evitar problemas de descalibración. En esta sección se analizan las variables de proceso de las etapas de la extracción de gases. la señal de salida llega a un variador de frecuencia el cual se conecta al VTI. 46 .2. En la Figura 4.1 Tren de Gases Horno Flash. las cuales fueron descritas anteriormente.2 Análisis Operacional del Proceso de Extracción de Gases. La salida del controlador (OP) es la frecuencia de giro del VTI del HFF.2. 4. consta con un lazo de control retroalimentado (PIC-3807a).2 se muestra un diagrama P&ID del tren de gases. los gases son secados. aumentan el flujo de gases (disminuyendo la temperatura del horno) y de polvos metalúrgicos en el HFF hacia el tren de gases. En la siguiente etapa. 4. Si la presión es mayor se pueden generar emisiones al medio ambiente tanto de gases como calor. para ir a la zona de contacto donde el SO2 será transformado en SO3.este ácido es utilizado desde la torre. para favorecer el contacto eléctrico. Esta etapa. Figura 2 Diagrama P&ID del tren de gases. 47 . Las dos zonas de mayor variación.61.05 [mm de agua]. que en este caso alcanzan el 3. El quemador de concentrado genera variaciones de presión en el horno debido a que el ingreso del concentrado no es uniforme (pulsos). Debido a que los gases son de alta concentración de SO2.3 se puede observar que existe una oscilación constante. con una desviación estándar de 1.En la Figura 4. En la Figura 4. generando oscilaciones en la producción de gases y haciendo variar la presión de la misma manera. que corresponde a un turno de trabajo en la fundición. El porcentaje de salida del controlador PIC-3807a (expresado en base al rango de frecuencia de salida del variador de frecuencia del VTI del HFF) se muestra en la Figura 48 . Se puede observar oscilaciones menores y mayores entorno al setpoint. Figura 3 Gráfico de Presión y setpoint de presión en HFF. La media de esta variables es -2. presiones positivas. esto se debe al proceso que ocurre en el HFF. marcadas en la Figura 4.64% del tiempo de operación del HFF. Los datos se obtuvieron con el software PI System ProcessBook (OSIsoft.3 se observa el comportamiento del lazo de control de presión durante 8 horas de operación. es decir.3. se debe evitar las emisiones al ambiente. se debe a grandes variaciones de presión en la cámara de mezcla. 2009). La primera se debe a que no existen convertidores en proceso de soplado y la segunda se debe a la apertura manual de un damper de regulación de un CPS que no se encontraba soplando. Esto ocurre debido al sistema de alimentación “Loss-In-weight”.7. En la Figura 4. 49 .5 se muestra el flujo de alimentación cíclica de carga seca al sistema. mostrados en las zonas marcadas. Figura 4 Operación del VTI de HFF.8%.4. ocurren como respuesta del sistema de control a las perturbaciones ya mencionadas. La media de esta variable es de 74 [tons/h] y con una desviación estándar de 5. La media de su operación es de 61% y la desviación estándar es de 6.4 para el mismo periodo. Los mayores cambios. Figura 5 Flujo de alimentación y setpoint de carga al HFF. mientras que en la Figura 4.7 muestra que no hubo manipulación del variador de frecuencia. La velocidad del VTI de CPS.2. Figura 6 Gráfico presión de descarga VTI CPS [mmca]. se muestra en la Figura 4. la fija manualmente el operador de sala de control. Figura 7 Velocidad del VTI CPS. Esta es una situación común salvo cuando el operador observa emisiones al medio ambiente proveniente de las campanas de los CPS. expresada como % de frecuencia.6. durante el mismo período. 50 . La presión a la descarga del VTI.2 Tren de gases conversión. que transporta los gases desde las campanas de los CPS hasta la cámara de mezcla (CM). según su experiencia y criterio.4. Figura 8 Diagrama de ubicación de sensores de presión en CPS. uno en el sector de la campana de colección de gases (presión externa) y el segundo ubicado después de la cámara de enfriamiento radiativo (presión interna). hasta llegar ala cámara de mezcla. se muestra en la Figura 4. Con la información entregada por estos sensores se puede saber si existen emisiones a la nave de conversión y a su vez al ambiente. Los gases deben ser transportados desde las campanas hasta la cámara de mezcla. 51 . desde la zona de la campana colectora hasta la descarga de VTI de conversión.8 se muestra un diagrama de la ubicación de los sensores de presión. debido a la succión. dentro del ducto que conduce los gases. En esta figura se pueden observar que la presión va disminuyendo a medida que se va acercando al VTI.9. En la Figura 4.Existen dos sensores de presión en las campanas. Luego del VTI aumenta la presión debido a la descarga del ventilador. por lo que el comportamiento esperado para la presión. 52 . por la acumulación de gases de fundición. En la Figura 4. lo que genera una succión de los gases de fundición. Además se observa una zona donde la presión interna y externa de la campana toma valores negativos. zona marcada de color amarillo. se acumulan en la campana aumentando la presión.10 se muestra el comportamiento de las presiones en la campana del CPS1. evitando que salgan al ambiente. los gases remanentes son succionados. una zona marcada de color amarillo donde la presión interna de la campana se encuentra en un valor positivo por un largo tiempo. Se puede ver también. Éste efecto se debe a que el damper de regulación no cierra herméticamente. a la espera de cargar eje. que ocurre cuando comienza el proceso de soplado y el damper de regulación se encuentra abierto. donde se observan tres zonas típicas que corresponden a tres etapas distintas de operación. debido a que la presión en el ducto de transporte es menor que en la campana y el ambiente. Esta espera genera que los gases. En las Figuras 4. junto con aire de dilución. Esto ocurre porque el convertidor se encuentra en “stand-by”. cuando el damper de regulación se encuentra cerrado.12 se muestra el comportamiento de estos sensores durante la operación de los convertidores desde el CPS1 al CPS4 respectivamente. del material remanente del convertidor. marcada en color verde.10 a la 4.Figura 9 Perfiles de presión durante la etapa de soplando de un convertidor. En la zona marcada de color negro la presión interior de la campana toma valores positivos. desde el convertidor hacia el tren de gases. por lo cual no hay movimiento en el damper de regulación. 53 La presión interior es positiva debido a la . Se puede observar que existe una mayor oscilación en la medición de la presión externa. acumulación de gases en la campana. Se puede observar que no existe movimiento en las variables.12 se observa el comportamiento de las presiones en la campana del CPS3. Esto se debe a que este convertidor se encontraba en mantenimiento.Figura 10 Presión interna y externa de campana CPS1 Figura 11 Presión interna y externa de campana CPS2 En la Figura 4.11 se puede observar el comportamiento de las presiones externas e internas en la campana del CPS2. En la Figura 4. el damper de regulación se encuentra abierto y existe una succión de los gases. Esta válvula se mueve de forma manual. que el operador de sala de control la controla remotamente dependiendo de las necesidades del 54 . esto debido que el convertidor se encuentra “stand-by”. zona marcada de color verde. que la presión exterior de la campana indica valores positivos. Además se observan zonas donde la presión externa de la campana es positiva. El ingreso de los gases al tren se realiza a través de las campanas y se regula mediante el movimiento de una válvula mariposa. al medio ambiente. junto con aire de dilución hacia el tren de gases (zona marcada de color gris). lo que trae como consecuencia emisiones. Se distingue una primera etapa donde el convertidor se encuentra en proceso de soplado. Figura 12 Presión interna y externa de campana CPS3 En la Figura 4.13 se observa el comportamiento de las presiones en la campana del CPS4.esto se debe al ensuciamiento del sensor. También se detecta una zona donde aumenta la presión externa e interna de la campana. En la presión interna de la campana se denota un comportamiento similar al del CPS1. es decir. debido al material fundido que se proyecta desde el convertidor. lo que genera emisiones de gases al medio ambiente durante la etapa de soplado a fierro y cobre. Esto se debe a succión insuficiente para transportar los gases disponibles en la campana. Además se puede observar. en la zona enmarcada de color amarillo. de los gases producidos en conversión. zona marcada de color amarillo. por lo cual. donde se observa la apertura del damper. el convertidor comienza a girar para situarse con la “boca” dirigiéndose a la campana. Esto puede deducirse porque la presión de las toberas se encuentra en cero. El movimiento de las válvulas mariposas. para minimizar las emisiones al medio ambiente.14 a 4. Tanto la adición de aire como el giro del convertidor.17.sistema. En la Figura 4. cuando entra en funcionamiento (“soplado”) el convertidor y además cuando se necesita ingresar aire para diluir los gases de ingreso a la planta de limpieza de gases. movimiento de los convertidores y la presión de aire en las toberas se puede observar de las Figura 4. El operador puede abrir un damper de una campana de un convertidor que no se encuentra “soplando”. La siguiente etapa que se distingue es el soplado a fierro. que se inicia con la apertura del damper de regulación. marcada de color amarillo.14 se observa el comportamiento de la operación del CPS1 y se distinguen cuatro zonas de la operación. es realizado por el operador de terreno. por lo cual debe existir una coordinación entre éste operador y el operador de sala de control. no hay ingreso de aire al convertidor. el aumento de la presión de toberas. la que ocurre minutos antes de que comience el llenado del convertidor. Se puede observar la carga del convertidor (enmarcado de color gris). debido a la posición del convertidor que aumenta la 55 . Figura 13 Presión interna y externa de campana CPS4 Al iniciarse el soplado. es decir. y la posición del convertidor es de alrededor de 50° (posición de carga). zona enmarcada en color naranja. disminución de la presión de las toberas (casi 0 [kPa]) y el movimiento del convertidor hasta cerca de los 60° para sacar la escoria desde el convertidor. En la Figura 4. durante todo el proceso. el proceso de escoriado. Se observa dentro de la misma zona. 56 . También se observa que la apertura del damper ocurre bastante tiempo antes que el inicio del soplado. la presión de toberas también aumenta y la posición del convertidor vuelve a la posición de soplado (0°). donde nuevamente el damper se abre completamente. El movimiento del damper. % apertura de damper y posición [°] CPS1. la presión de las toberas disminuye a 0 [kPa] y el damper se cierra. que se puede distinguir debido al cierre del damper. Figura 14 Comportamiento de la presión de toberas [kPa].columna de líquido (alrededor de 0°). Luego del segundo escoriado. lo que genera una perturbación en la presión al tren de gases. se distingue el proceso de soplado a cobre.15 se puede observar que el CPS2 no se encontraba en funcionamiento durante el muestreo. dado que al cerrarse y abrirse rápidamente genera una variación en la presión que el soplador no logra remediar rápidamente. zona marcada en celeste. no existe ingreso de aire por las toberas al convertidor y la posición del convertidor indica que se encuentra con la “boca” hacia el frente. lo que provoca el ingreso de una gran cantidad de aire de dilución al tren de gases. es de apertura total. donde el convertidor se mueve para ser vaciado. por lo cual se puede concluir que se encontraba en mantención. Finalizando la etapa de conversión se realiza el vaciado del convertidor. El damper de regulación se encuentra cerrado. 11. donde se observa que el damper se encuentra abierto en un 50% durante bastante tiempo. enmarcado en color celeste. se observa el proceso de soplado a cobre. escoriado y soplado a cobre.16 se puede ver que el CPS3 se encontraba durante una primera etapa en “stand-by”.17 se muestra la operación del CPS4. escoriado. En la Figura 4. esto debido a que no se encontraban convertidores soplando. con respecto a las emisiones al medio ambiente. A continuación se observa el proceso de descarga del convertidor. En la zona enmarcada de color naranjo. dado que no se encuentra abierto para colectar los gases que se emiten durante el proceso de vaciado. donde se puede observar un comportamiento similar al del CPS3. En la Figura 4. generando emisiones al medio ambiente. Para este caso se observa que no se abre el damper de regulación. 57 . Esto corrobora lo presentado en la Figura 4.Figura 15 Comportamiento de la presión de toberas [kPa]. produciendo dilución de los gases. y luego comienza la carga del convertidor. donde el damper permanece abierto durante poco tiempo. enmarcado en color amarillo. Luego se puede observar el proceso completo de soplado a fierro. Se identifica claramente los procesos de soplado a fierro. lo que provoca emisiones al ambiente. % apertura de damper y posición [°] CPS2. zona enmarcada de color gris. Esto se debe a que en ese instante no existían convertidores soplando. 4. También se puede observar una zona. enmarcada de color amarillo.18. % apertura de damper y posición [°] CPS4.2. % apertura de damper y posición [°] CPS3.3 Cámara de Mezcla. En este equipo se mezclan los gases provenientes del tren de gases del HFF y de CPS. y para mantener una estabilidad en el tren de gases se debe mantener como mínimo (consideración de los operadores) una suma de apertura de dampers de un 100%. Figura 17 Comportamiento de la presión de toberas [kPa].Figura 16 Comportamiento de presión de toberas [kPa]. 58 . La presión en la cámara de mezcla se puede observar en la Figura 4. en la cual el damper de regulación se abre un 50% sin estar en etapa de soplado. El tiempo que la cámara de mezcla se encuentra en valor positivo es del 7.a]. Valores de presión muy negativos tampoco son deseados. esto implica emisiones de gases al ambiente. También se puede observar el ingreso y salida de los convertidores de la etapa de soplado.a] y con una desviación estándar de 29. disminuyendo la temperatura dentro de éste.Figura 18 Comportamiento de la presión en la cámara de mezcla. enmarcada en color rojo. debido al movimiento de los convertidores y el abrir y cerrar de las válvulas mariposas de las campanas de los convertidores Pierce Smith.c. Su media es de -35.9% del tiempo durante el turno. Existe una zona.2. Se puede observar también valores positivos en la CM. en la cual la presión en la cámara de mezcla disminuye varias veces a valores cercanos a -200 [mm. debido a que no existen convertidores soplando.c. debido que se aumenta el arrastre de polvos de fundición y se aumenta el flujo de gases desde el HFF. generando una disminución de la presión cuando sale un convertidor del soplado y un aumento de la presión cuando entra un convertidor al proceso de soplado. Esto se observa en la zona enmarcada en verde. 59 .9 [mm. Se puede observar un comportamiento oscilatorio de la presión. Las disminuciones en la apertura de los álabes. debido a que existe sólo un convertidor soplando.19 se observa el comportamiento de los sopladores durante su operación. zona roja. Luego se observa una zona enmarcada verde. Los gases de fundición son transportados mediante dos sopladores KKK1 y KKK2. abriendo o cerrándolos. Se observa una primera parte. roja. donde no existen convertidores soplando. Luego se distingue una zona. 60 .4. Debido a que el flujo de gases a la planta de ácido es producida por los sopladores KKK’s. el comportamiento del flujo de gases se encuentra directamente correlacionado con la apertura de los álabes de los sopladores. según sea necesario. y por lo cual se necesita una apertura de álabes de los sopladores para mover los gases. donde nuevamente se abren los álabes a una posición adecuada para el transporte de los gases. Se pueden distinguir tres zonas de operación. asociada a una baja apertura de álabes debido a que no se encuentran convertidores en proceso de soplado. El operador manipula la posición de los álabes del ventilador. para medir el flujo total que ingresa. Y se distingue una zona de bajo flujo de gases. y disminuye la cantidad de gases a transportar. los cuales con controlados de manera manual por el operador de sala de control. se deben al movimiento de los convertidores a escoriar para lo cual es necesario una disminución en la succión de los gases. en la cual existen dos convertidores soplando. La planta de limpieza de gases también cuenta con un sensor de flujo. donde existe solo un convertidor en etapa de soplado y por lo tanto una apertura media de los álabes. zona marcada con negro. con una desviación estándar 8513.4 Planta de Limpieza de Gases. amarilla. También se distingue una zona de flujo intermedio. en la zona roja y negra. debido a que se encuentran dos convertidores soplando y además una apertura alta de los álabes de los sopladores. luego el flujo de gases disminuye considerablemente y la apertura de los álabes de los sopladores se llevan al mínimo. color verde. En la Figura 4. La Figura 4. donde los sopladores funcionan con una menor apertura de álabes. una primera zona.20 muestra el comportamiento del flujo de gases a la planta. zona negra. de alto flujo de gases. por lo cual. La media de esta variable es 140300 [Nm3/h]. hay mayor cantidad de gases a transportar.2. Esto ocurre hasta que comienza nuevamente el soplado de dos convertidores. es su consumo de corriente. Esta variable tiene por media 157 [A] y una desviación estándar de 12 para el soplador KKK1. La apertura de los álabes es dado por la experiencia del operador. 61 . Figura 20 Comportamiento del flujo de gases a planta de limpieza de gases. Para el soplador KKK2 su media es 68 [A] y una desviación estándar de 7. Otra variable asociada al flujo y a la apertura de álabes de los sopladores.Figura 19 Comportamiento de la apertura de álabes de sopladores KKK’s. un flujo “adecuado” de gases a la planta de ácido y evitar las emisiones por las campanas de los CPS. el cual considera la presión de la cámara de mezcla. el comportamiento de la corriente consumida por los sopladores esta correlacionada con el movimiento de los álabes de los sopladores. la concentración de SO 2 de ingreso. y a menor apertura de álabes menor consumo de corriente.Figura 21 Corriente consumida por sopladores KKK1 y KKK2. 62 .21. En la Figura 4. flujo de gases. También se puede observar un aumento en la concentración de SO2 cuando ingresa un convertidor a etapa de soplado (recuadro de color negro). debido a que un convertidor sale del proceso de soplado. esto se muestra destacado en color verde. El nivel más bajo de SO2 es cuando no existen convertidores soplando. Se puede observar zonas marcadas de color rojo. Como en el caso anterior. El comportamiento de la corriente en los sopladores se observa en la Figura 4. Como se explicó anteriormente esta variable depende de la carga de alimentación en el HFF. con una desviación estándar de 1. además. En la Planta de limpieza de gases se monitorea. además del número de convertidores y la etapa de “soplado” que se encuentran. La media de la concentración de SO2 es de 10.24. a mayor apertura de los álabes mayor consumo de corriente.22 se muestra el comportamiento de ésta variable. donde existe una disminución en la concentración de SO2 en los gases.38 [% vol/vol]. donde llega a valores de alrededor de 7% de SO 2 en los gases. de forma instantánea. La entrada y salida de los CPS a la etapa de “soplado” es rápida. se puede detectar por todo el tren de gases. no deseadas.Figura 22 Concentración de SO2 a la planta de limpieza de gases. 63 . sino instantánea. lo que dificulta su control. generando las variaciones de presión antes descritas. Los “picks” en la presión en el HFF son parcialmente causados por el proceso de conversión. ya que los convertidores al ser cargados y descargados cíclicamente generan una variación importante en el flujo de gases. en la cámara de mezcla. de los gases de fundición. que donde aumenta o disminuye bruscamente la frecuencia del VTI. para mantener la presión en el valor deseado. Con la apertura y cierre de los dampers de regulación. Además cuando un convertidor entra o sale de operación es necesario manipular los dampers de regulación para evitar diluciones. Esto se puede observar en la Figura 4.23. La propagación de esta perturbación generada en la zona de conversión.5. en el cual existe gran interacción entre los diferentes elementos que pertenecen al sistema. El tren de gases es un sistema altamente dinámico. y por tanto en la presión en el HFF. Esto se puede observar en la Figura 4. generando una perturbación que no es gradual. Si esta perturbación no se detecta a tiempo llega hasta el HFF. Esta operación genera aumentos y disminuciones de presión en todo el tren de gases. donde ocurren efectos similares al de HFF. se genera una variación en la presión de la cámara de mezcla. Por lo cual. dado que la planta recibe variaciones de flujo de gases. depende del operador de consola. al mantener abiertas las campanas más tiempo del debido. que ingresa a la planta de ácido. Esta acción se realiza de manera manual. 64 . cuando la presión en la cámara de mezcla disminuye. Esta variación en el flujo afecta la producción de ácido. la presión se intenta mantener cercana a un valor determinado mediante la utilización de los dos sopladores KKK. el flujo de gases hacia la planta de ácido disminuye. apertura de damper de regulación CPS1 y CPS2 En la cámara de mezcla. La concentración de SO2 a la planta de ácido depende de la taza de fusión del HFF y de la cantidad de convertidores en etapa y tipo de soplado. por lo cual la velocidad de reacción frente a la perturbación. dependiendo de la presión de la cámara de mezcla y el movimiento de los convertidores. la concentración de SO2. se pierde temporalmente el objetivo del flujo de gases a la planta de ácido. presión en HFF. Otro factor que afecta la concentración de SO2 es la dilución por campana en los CPS. y simultáneamente se debe disminuir la presión en la succión del soplador. Al utilizar los dos sopladores KKK para mantener la presión en la cámara de mezcla.Figura 23 Presión en cámara de mezcla. VTI de conversión y los sopladores KKK’s en la planta de limpieza de gases. tanto válvulas mariposas de campanas de CPS. Para comprobar el cumplimiento de este objetivo se monitoreará un sensor de flujo y un analizador de gases. El funcionamiento de estos equipos depende de la experiencia del operador de sala de control. Después de este análisis se puede observar que existe un bajo nivel de automatización del proceso de extracción de gases de la fundición. tanto el funcionamiento de los sopladores KKK’s. 4. generadas por las sobrepresiones en el tren de gases. flujo gases. Para dar cumplimiento a este objetivo se minimizará el tiempo que la presión en las campanas de CPS.3 Potencial de Mejoras en Operación del Tren de Gases. Los objetivos del sistema de control son: Minimizar las emisiones de SO2 al ambiente. Por esto es de importancia que los dampers no se abran más tiempo del necesario para la admisión de los gases desde los convertidores. funcionan de forma manual. para lograr unificar criterios de control y aliviar el trabajo del operador de sala de control. Maximizar el flujo de gases hacia la planta de ácido. concentración de SO2 en los gases y presiones en el tren de gases. 4. Sólo existe un lazo de control operativo. cumpliendo que la concentración de SO2 esté entre un 9 y 12%. para obtener una estabilización de las variables involucradas en el tren de gases. disminuyendo su variabilidad y maximizando el flujo de gases hacia la planta de limpieza de gases. Por esto se propone la posibilidad de automatizar. generando diferencias en la operación de un turno a otro.3. El resto de los equipos. que se 65 . VTI de Conversión y las válvulas de las campanas de CPS. Para lograr este objetivo se propone el desarrollo de un sistema de control que mezcle los conocimientos de los operadores (Control Experto) para administrar los controladores tradicionales (PID).1 Definición de Estrategia de Control. cámara de mezcla y HFF sea positiva. Dado al bajo nivel de automatización se genera una oportunidad de desarrollo. el de presión en el HFF.disminuye. 24 66 . debido al proceso de soplado. corriente y presiones de succión y descarga. Mediante monitoreo de variables operacionales relacionadas con los sopladores y VTI. Frecuencia del motor de VTI CPS. realizando un análisis de estas variables. se pueden observar en la Figura 4. temperatura en conversión de gases. se monitoreará la presión en los lugares dichos. Posición de álabes soplador KKK2. Minimizar la variabilidad de la concentración de SO2 en los gases hacia la planta de ácido. y variables como presión en el HFF. campanas de captación de gases). La variabilidad se monitoreará mediante un análisis del comportamiento de la variable mediada por un sensor de concentración de gases ubicada a la salida de la planta de limpieza. presión y flujo en torres de lavado. recursos y perturbaciones. como sensores de vibración.encuentra en la entrada a la salida de la planta de limpieza de gases. que componen el sistema y que utilizará el sistema de control. Movimiento de CPS. cámara de mezcla. evitando las sobrepresiones en el sistema. - Mantener una operación estable del proceso. Minimizar la variabilidad de las presiones del tren de gases (horno flash. Para llevar a cabo estos objetivos se cuenta con 4 recursos disponibles: % de apertura de dampers de CPS. Un resumen de los objetivos. Para medir el cumplimiento de éste objetivo. Además se pueden identificar las principales perturbaciones al sistema que son: Flujo y composición de gases desde CPS. evitando detenciones y mal funcionamiento de los equipos. Posición de álabes soplador KKK1. de esta forma se conoce el flujo y composición de los gases tratados. Figura 24 Diagrama de variables. 67 . perturbaciones. recursos en el sistema. es decir la conmutación. 5. basada en la retroalimentación. predictivos.1 se puede observar un esquema de un controlador híbrido. 5.1. 2009.1 Introducción. las aplicaciones van desde sistemas de automatización en las plantas a los sistemas de gestión. 5. 68 . el supervisor selecciona una función de retroalimentación en particular de la familia.1 Control Híbrido (Gutierrez. como son controladores adaptativos. Así. tales sistemas surgen cuando se mezcla lógica de toma de decisiones con la generación de leyes de control continuo.2 Estructura de un sistema híbrido. La arquitectura de control híbrido consiste en una familia de funciones de respuesta lineal o no lineal suave y un supervisor. históricamente. Tales controladores son la clase más estudiada de controladores híbridos. así como cuando cambia la selección. supervisores e híbridos. La clase más común de arquitecturas de control ha sido.1. por ejemplo control híbrido está compuesto por partes análogas y digitales.CAPITULO 5: ANTECEDENTES DEL CONTROL HÍBRIDO. Nguten y Sorensen. entre otros. pero a través del tiempo con la mejora de las herramientas computacionales ha aumentado el interés en usar controladores de mayor complejidad. 2007). El supervisor controla la selección de la función de retroalimentación. Un sistema híbrido es un sistema compuesto por dos o más componentes de diferente naturaleza. En cada instante. En la Figura 5. En términos más generales. 1 Esquema de controlador híbrido. puede incluir la dinámica y los “delays” u otros elementos. La motivación para el control híbrido es la siguiente: “Si el controlador híbrido es definido de forma adecuada. Esto quiere decir. múltiples propiedades de rendimiento asociados con las propiedades de circuito cerrado proporcionada por cada función de retroalimentación individual”. El supervisor puede seleccionar una función de retroalimentación que se activa mediante la especificación de datos de parámetros de control o mediante la especificación de un índice de la función de retroalimentación. que el uso del control híbrido es: que el rendimiento de un loop cerrado híbrido puede superar el rendimiento que se puede lograr por cualquier controlador con realimentación fija sin tener que cambiarlo. así como la familia de las funciones de retroalimentación. en cierta medida. como en un controlador digital. 69 . El supervisor puede generar cambios programados mediante un reloj. en los que el cambio se produce de acuerdo con el caso de un cambio del estado o un estado de conexión dependientes del estado. o puede ser dirigido por eventos. entonces el circuito cerrado híbrido puede reflejar. Esta estructura permite que el supervisor cambie entre las selecciones de controlador de acuerdo a un modelo.Figura 5. El supervisor. razonamiento basado en casos.5. le da consejos y explica. en que sus aplicaciones están demostrando ser crítico en el proceso de apoyo en la toma de decisión y resolución de problemas. Esta es la habilidad principal que se espera que posea y pueda llevar a cabo por un experto. entre otros. 5.2 Control Experto (Liao. Entonces como un consultor. El computador puede hacer inferencias y llegar a una conclusión específica. su uso ha proliferado a muchos sectores de la vida social y tecnológica. Esto quiere decir. 5. 2005). sino que además debe poseer experiencia tomando decisiones en él. Los SEs proporcionan una forma poderosa y flexible para la obtención de soluciones a una variedad de problemas que no pueden ser resueltos eficientemente mediante un método tradicional. Existen diferentes categorías para clasificar los SE. sistemas de redes neuronales.1 Introducción. La idea básica detrás de un SE es simplemente como la experiencia de un humano es transferido a un computador. Cuando se modelan sistemas expertos se busca que tengan las siguientes características propias de los humanos expertos:  Habilidad para llegar a una solución a los problemas en forma rápida y certera. sistema basado en el conocimiento. Este conocimiento es entonces almacenado en un computador y los usuarios pueden utilizar el computador para necesidades específicas.  Habilidad para explicar los resultados a la persona que no cuenta con ese conocimiento. entre ellos encontramos: sistema basado en reglas. en su caso. el razonamiento derivado de los mismos y las implicaciones subsecuentes. Generalmente las 70 . la lógica detrás de los consejos. Por esto.2. El experto no solo debe tener conocimiento en el campo a diagnosticar. que el experto debe responder clara y certeramente a las preguntas concernientes a las razones de los resultados. y fue desarrollado por la comunidad IA a mediados de los años 60.2 Características de un Sistema Experto. Un sistema experto (SE) es una aplicación de la inteligencia artificial (IA).2. 3.  Habilidad de reestructurar el conocimiento para que se adapte al ambiente. 5. Memoria de funcionamiento. Esto también quiere decir que saben cuando referirse a otros expertos. procedimientos y datos intrínsecos relacionados con el problema. Por esta razón. Con el fin que el equipo sea capaz de recuperar y utilizar el conocimiento eficientemente. consiste en las reglas para la resolución de los problemas.2. en el cual se pueda distinguir entre los datos. Los expertos que no cumplen esto. se vuelven obsoletos. Esto se refiere a que el experto pueda subdividir la base de su conocimiento y usar la porción útil en la resolución del problema. Base del conocimiento. los sistemas expertos se organizan en tres niveles: 1.  Habilidad para aprender de las experiencias. Los expertos deben aprender tanto de sus propias experiencias como de la experiencia de otros. reduciendo el tiempo de respuesta. es un mecanismo de control por el cual se aplica el conocimiento para la resolución de los problemas. Los expertos pueden evaluar su capacidad para resolver un problema dado y determinar si el mismo se encuentra dentro de sus posibilidades de resolución. Están obligados a encontrarse al día con la base de sus conocimientos así como de modificar el proceso de razonamiento.personas que no poseen el conocimiento esperan recibir una respuesta más práctica y que se acerquen a las condiciones que ellos pueden entender. Motor de inferencia. se refiere a datos específicos de la tarea para la resolución del problema especificado. También se refiere a visualizar el problema de diferentes perspectivas usando varias porciones del conocimiento y aplicar conocimiento al problema desde distintos niveles. 71 .  Conciencia de sus limitaciones. este debe estar organizado en un formato de fácil acceso.3 Estructura de un Sistema Experto. el conocimiento y la estructura de control. 2. La resolución de problemas involucra una intrincada combinación de hechos y conocimiento heurístico. 2000). y es creada por “ingenieros del conocimiento”. La base del conocimiento la constituyen reglas. aunque su simpleza es también su debilidad.3. dado que limita el rango de plantas donde pueden controlar en forma satisfactoria (existe un 72 .3 Control PID (Mazzone. A pesar de las innovaciones en las técnicas de control predictivo y avanzado. El mantenimiento y operación de los controladores PID son fáciles y robustos.3. 5. La retroalimentación se incorpora a la base del conocimiento para hacer del sistema experto más “inteligente”. más del 95% de los controladores son del tipo PID. El motor de interferencia es el mecanismo de control que organiza los datos del problema y busca en la base del conocimiento las reglas que se puede utilizar. Este tipo de controladores son. quienes traducen el conocimiento de los humanos expertos en reglas y estrategias. hechos o intuición que un humano puede utilizar para resolver problemas en un dominio determinado. Estas reglas y estrategias pueden cambiar dependiendo del problema predominante. En aplicaciones de control de proceso.Estas tres piezas pueden tener diferentes orígenes. La base del conocimiento pueden ser una base conocimientos específicos realizado por una consultora. La base del conocimiento es el núcleo de la estructura del sistema experto. 5.1 Introducción. debido a la buena relación costo/beneficio que pueden ofrecer. la mayoría de las industrias químicas hasta hoy usan lazos PID. los controladores más adoptados en la industria. y los datos pueden ser suministrados por el usuario final. 5. La memoria de trabajo representa los datos relevantes para que el problema en curso pueda empezar a resolverse. Un buen sistema experto se espera que crezca a medida que aprende de la retroalimentación del usuario. 2003. El motor de interferencia puede provenir de un proveedor comercial. Las reglas usualmente están almacenadas con una estructura “if-then”.2 Estructura de un controlador PID. La estructura de un controlador PID es simple. sin duda. Molina. 1) donde Kp es una ganancia proporcional ajustable. P: Acción de control proporcional.grupo de plantas inestables que no pueden estabilizadas con ningún miembro de la familia PID) Consideremos un lazo de control de una entrada y una salida (SISO) de un grado de libertad. lo que implica que es un modo de controlar lento. como el que se muestra en la Figura 5. que descrita desde su función transferencia queda: Cp(s) = Kp (5. PI: Acción de control proporcional-integral. Los miembros de la familia de controladores PID. el error en régimen permanente es cero. Por lo que se concluye que dada una referencia constante.2: Figura 5. incluyen tres acciones: proporcional (P). I: Acción de control integral: da una salida del controlador que es proporcional al error acumulado. I. PD y PID. un error en ( ) ( ) ∫ ( ) (5. se define mediante: 73 . Un controlador proporcional puede controlar cualquier planta estable. PI.2 Esquema de un lazo de control SISO. pero posee un desempeño limitado y régimen permanente (off-set). o perturbaciones. integral (I) y derivativa (D).3) La señal de control u(t) tiene un valor diferente de cero cuando la señal de error e(t) es cero. da una salida del controlador que es proporcional al error. Estos controladores son los denominados P. es decir: u(t) = KP e(t).2) (5. 4) donde Ti se denomina tiempo integral y es quien ajusta la acción integral. mediante un ensayo de respuesta escalón. aunque tiene la desventaja importante que amplifica las señales de ruido y puede provocar saturación en el actuador. La función de transferencia resulta: ( ) ( ( ) ) (5. Esta acción tiene carácter de previsión. por ejemplo. se define mediante: ( ) ( ) ( ) (5.( ) ( ) ∫ ( ) (5.6) donde Td es una constante de denominada tiempo derivativo. lo que hace más rápida la acción de control. Muchos controladores industriales tienen solo acción PI. Lo que puede demostrarse en forma sencilla. debido a que sólo es eficaz durante períodos transitorios.7) 74 . La función transferencia de un controlador PD resulta: ( ) (5. Se puede demostrar que un control PI es adecuado para todos los procesos donde la dinámica es esencialmente de primer orden.5) Con un control proporcional. Este razonamiento sencillo nos muestra que el error en régimen permanente será siempre cero. PD: Acción de control proporcional-derivativa. La acción de control derivativa nunca se utiliza por sí sola. y si fuera negativa la señal de control será decreciente. un error pequeño o positivo siempre nos dará una acción de control creciente. es necesario que exista error para tener una acción de control distinta de cero. Con acción integral. Aunque el control derivativo no afecta en forma directa al error en estado estacionario. 75 . PID: Acción de control proporcional-integral-derivativa. generando una acción de control proporcional a la velocidad de cambio del error. Esta acción tiene la ventaja de asegurar que en última instancia se aplicará suficiente acción de control para reducir el error de regulación a cero. Varios métodos empíricos pueden usarse para determinar los parámetros de un PID para una dada aplicación. El término integral I brinda una corrección proporcional a la integral del error. la acción integral también tiene un efecto desestabilizador debido al corrimiento de fase agregado. que origina una actuación de control correctiva proporcional el error. lo cual provoca una mejora en la precisión en estado estable. El término básico en el controlador PID es el proporcional P. La ecuación de un controlador con esta acción combinada se obtiene mediante: ( ) ( ) ( ) ∫ ( ) (5. añade amortiguamiento al sistema y. Sin embargo. por tanto.Cuando una acción de control derivativa se agrega a un controlador proporcional.8) y su función de transferencia resulta: ( ) ( ) (5.9) Su estructura ha mostrado empíricamente ofrecer suficiente flexibilidad para dar excelentes resultados en muchas aplicaciones. permite un valor más grande que la ganancia Kp. permite obtener un controlador de alta sensibilidad. el ajuste obtenido debe tomarse como un primer paso en el proceso de diseño. esta acción combinada reúne las ventajas de cada una de las tres acciones de control individuales. El término derivativo D da propiedades predictivas a la actuación. Tiende dar más estabilidad al sistema pero suele generar grandes valores en la señal de control. es decir que responde a la velocidad del cambio del error y produce una corrección significativa antes de que la magnitud del error se vuelva demasiado grande. Sin embargo. Por el contrario. Procesos con alto ruido. Procesos con cambios en la dinámica. mediante un movimiento de control. este puede ser usado en lazo de control simple. El algoritmo de control pertenece a una clase de controladores conocidos como control predictivo. Adecuado para controladores que utilizan mediciones que se realizan con baja frecuencia (tal como los cromatógrafos de gas). 5. dentro de su paquete de controles avanzados.3 Controlador PID-PL. el cual puede ser fácilmente remplazado por un PID-PL en cualquier esquema de control. donde el desgaste de válvulas es problemático. En muchos casos el controlador PID-PL proporciona un control superior y puede ser utilizado en lugar de un PID estándar. Este controlador posee las mismas características de diseño que un PID tradicional. en cascada con otros controladores y configurado como un nodo cruzado de un control supervisor en un ACE.1 Descripción. 76 . Estos casos incluyen:      Procesos con retardo por transporte significativos o con respuesta inversa.5. Estos controladores se basan en un modelo dinámico para predecir el movimiento futuro de la variable de proceso. Si la variable de proceso predicha no cumple con los objetivos de control (mantenerse en el setpoint). un controlador PID utiliza las trayectorias del error pasado y actual. 2007).3. El controlador PID-PL es una herramienta que se presenta en el Sistema de Control Experion PKS. Este tipo de controlador combina la funcionalidad de un controlador PID tradicional con un robusto control predictivo (basado en un modelo) y un optimizador. se toma una acción de control para realinear la PV con su objetivo. Como tal. Profit Loop PKS (Honeywell. para llevar la variable de proceso a su setpoint. Procesos donde controlar con un setpoint en un rango es beneficioso. entre datos en estado estacionario. emulando su toma de decisiones. 77 . de las variables del tren de gases. Con la información entregada como resultado de la correlación cruzada se identificaron las reglas que utilizan los operadores para administrar los recursos: Mantener la presión en la cámara de mezcla menor a -30 mmca. lo cual es una información valiosa para el desarrollo del controlador y un recurso que el operador no utiliza constantemente. se observó la oportunidad de mejorar la operación del tren de gases desarrollando un sistema de control integrado sobre los ventiladores de la zona de transporte de gases y sobre los dampers de las campanas de los CPS. Introducción.CAPITULO 6: CONSTRUCCIÓN DE SISTEMA DE CONTROL DEL TREN DE GASES. Se confirmó la información obtenida de los operadores. administrando la apertura de los álabes de los dos sopladores KKK.1. De esta forma. se observó la correlación entre las variables de proceso que monitorea el operador y los recursos que utiliza para esto. se procede a observar la manipulación de los equipos por parte de los operadores de consola. Con el fin de obtener información para el desarrollo del sistema de control. 6. el sistema control incorporará información entregada por los operadores. En el Anexo A se puede observar el resultado cualitativo de la correlación cruzada entre las variables. para contrastar la información entregada por los operadores y obtener nueva información que sea de utilidad y que no fuera entregada por los operadores. En el Capítulo 4. Se identificó una fuerte dependencia de la presión en la cámara de mezcla frente a cambios en la frecuencia del VTI de CPS. Adicionalmente se realizó una correlación cruzada. con el objetivo de observar las relaciones existentes entre ellas. El desarrollo del trabajo fue realizado en la plataforma Experion PKS de Honeywell. Después de este análisis. se aumenta el flujo hacia la planta de limpieza de gases.El flujo de gases a la planta de ácido es manipulado mediante la utilización conjunta de los dos sopladores KKK. La programación del procesamiento de cualquier señal de entrada/salida se debe realizar en un “Control Module” (CM). se administra según los requerimientos del sistema.000 Nm3/h y a menor concentración se disminuye el flujo de gases. en un rango de 0% de apertura para convertidor en “stand-by”. Evitar o disminuir las sobrepresiones en el tren de gases. dentro de los estándares establecidos. Debido al manejo de los alabes de los sopladores KKK’s. La apertura y cerrado de los dampers de admisión de gases. 50% de apertura para convertidor cargando o escoriando y 100% de apertura para convertidor en posición de soplado. usando el lenguaje del sistema para configurar las acciones que 78 . El setpoint de flujo es modificado en función de su concentración de SO2. Controlar el flujo de gases a la Planta de Ácido con la posición de los álabes del soplador KKK2. es decir. disminuir el consumo de corriente de estos. Como objetivos de la estrategia de control. Este flujo depende de la concentración de SO2 que va a la planta de limpieza de gases. intentando llegar a los 150. se propone: Mantener las emisiones al medio ambiente en la zona de conversión. Administrar la apertura de los dampers de aspiración de los gases desde los CPS en función del movimiento y estado de operación del convertidor. Controlar la presión de la cámara de mezcla con la frecuencia del VTI de CPS y la posición de los álabes del soplador KKK1. A mayor concentración en los gases. dependiendo del estado de operación de los convertidores y posición de estos. se propone la siguiente estrategia de control para el manejo de los sopladores y dampers del sistema. y variables discretas. hasta abrirse completamente cuando el convertidor se encuentra en posición de soplado (α < a 10°). En la Tabla 6. La apertura del damper se realiza mediante una rampa desde la posición de carga/escoriado (α > a 40°). el controlador utiliza como variables de proceso continuas. al controlador ingresa el valor de la posición del convertidor PS (α).2 Controlador de Admisión de Gases de Convertidores Peirce Smith. con lo cual el controlador regula la apertura del damper según esta variable de proceso. Posición CPS (α ) α> 40° 40° > α > 30° 30° > α > 20° 20° > α > 10° 10° > α > -10° Apertura damper de Regulación. Para regular la admisión de gases de los CPS. como la posición del convertidor. Ya al estar activos estos dos eventos. lo que hace más sencilla la programación en el sistema.1 se muestra la apertura del damper con relación al rango de posición del convertidor (α). Para que la programación realizada se ejecute. El lenguaje hace uso de bloques ya creados y que realizan tareas específicas. dado que el convertidor se dispone a ser cargado para entrar en operación. El controlador de admisión de gases de CPS mediante la selección de un convertidor PS con un soplador GHH y la activación de la válvula de ingreso de aire al convertidor PS seleccionado abre el damper de regulación en un 50%. los CM se deben cargar a un controlador al cual deben estar asociados los equipos e instrumentos a utilizar. para la admisión de los gases de fundición. como la activación de la válvula de ingreso de aire al convertidor. 6. y utilizando como recurso la apertura de los dampers de regulación de las campanas de los CPS. 50% 70% 80% 90% 100% 79 .se desean lograr. Al estar cargados a un controlador los CM se pueden activar y utilizar. la temperatura de los gases en la campana.1 Rango de posición para apertura de damper de regulación de convertidores. Tabla 6. la selección de CPS con un soplador GHH. Figura 6.1 Estrategia de control para zona de transporte de gas. 80 . esto para evitar que se generen diminuciones considerables de presión en los ductos de trasnporte.Además cuando el convertidor se dispone a escoriar. el damper cerrará completamente. que se encuentra soplando. el damper queda con una abertura del 25% para aspirar los gases en esta etapa. Tabla 6. ver Figura 6. 0% 10% 20% 30% 50% La lógica de control se compone de 4 Control Module (CM). 100% 90% 80% 70% 50% CPS seleccionado. el segundo CPS que se encuentra seleccionado con un GHH. En la Tabla 6.2 Valores de apertura de dampers de regulación para CPS seleccionado y que no se encuentra en “soplado”.2. el damper del convertidor que se encuentra seleccionado abre para completar una suma entre las aperturas de un 100%. el de selección de GHH con el convertidor y la activación de la válvula de admisión de aire. El primero de nombre “REG_DAMPER_CPSX”. Por esto. y se desactiva la válvula de admisión de aire al convertidor seleccionado. CPS Soplando y seleccionado. La lógica identifica si el convertidor se encuentra soplando mediante la activación de dos “flags” y la salida de un bloque permisivo (AND). si se encuentra un convertidor soplando y otro solamente seleccionado con un GHH (sin la válvula de admisión de aire seleccionada). si un CPS. cuando el convertidor que se encuentra soplando baja a escoriar. determina el % de apertura del damper de regulación en el convertidor. Esto quiere decir que.2 se muestra los valores que toman los dampers para estos casos. 81 . abre su damper en un 25%. Del punto de vista operacional se debe mantener apertura en los dampers. tiene apertura de 75%. generando problemas de inestabilidad operacional y que cause algún problema mecánico en los ductos o en el ventilador. esta apertura se mantiene hasta que la temperatura de los gases en campana sean menores a 110°C. si se encuentra otro convertidor soplando (apertura de damper 100%). luego se detecta su rango de posición mediante una serie de “AND”. si se encuentran soplando.3.La salida del bloque permisivo (AND) de identificación de convertidor soplando ingresa a un SWITCH que ingresa el valor del ángulo del convertidor seleccionado. determina la apertura complementaria (lograr 100% de apertura entre los dampers) del convertidor que sólo se encuentra seleccionado con un GHH. determina la opción manual o automática del controlador mediante un “SWITCH”. Y el cuarto de nombre “REG_DUMPER_CPSX”. el movimiento de los dampers de los convertidores lo realizará el programa. dependiendo de la acción que está realizando el convertidor. 82 . Esto se realiza mediante un “SWITCH” y una serie de bloques “AND” el cual da como salida la apertura del damper. dependiendo de su posición. Estos cuatro CM trabajan en forma conjunta para lograr el movimiento coordinado del damper de regulación de un convertidor. En caso opuesto si se selecciona el controlador en modo manual (MAN). el cual determina la apertura del damper del convertidor seleccionado. escoriando o deseleccionado. El tercero de nombre “DAMPER_CPSX”. como se muestra en la Figura 6.6. identifica la acción que están realizando los convertidores. Figura 6. y un valor fijo si no está seleccionado. Esta serie de CM se repiten para cada damper. Esto se logra mediante la identificación del convertidor que se encuentra en soplado y registrando el valor de apertura de damper y mediante un “SWITCH” se logra el completar la apertura de 100% entre los dampers de los CPS seleccionados. el operador controlará el movimiento de los dampers de regulación de los convertidores. lo que genera un total de 16 CM para controlar el actuar de los cuatro dampers de regulación.5 y 6. El segundo de nombre “CPSX_DAMPER”.7. etapa del proceso y coordinación con los otros tres convertidores. Dependiendo del rango en que se encuentre el valor del ángulo del convertidor. ver Figura 6. El valor proveniente del SWITCH ingresa a una serie de comparaciones (GTA). entra en otro “SWITCH”.4. Si se elije la opción automática (CAS). Figura 6. Figura 6.8. Figura 6.2 Imagen del CM “REG_DAMPER_CPSX”. 83 . detección de convertidor preparado para “soplar”. 84 .Figura 6.3 Imagen del CM “REG_DAMPER_CPSX”. detección del rango posición de CPS. 85 .Figura 6. apertura de damper de regulación mediante posición del CPS.4 Imagen del CM “REG_DAMPER_CPSX”. 5 Imagen CM “CPSX_DAMPER” 86 .Figura 6. Figura 6.6 Imagen CM “CPSX_DAMPER” 87 . 88 .Figura 6.7 Imagen de CM “DAMPER_CPSX”. Este contralador se compone de 4 Control Module (CM). mediante la utilización de los recursos disponibles (OP).3 Controlador de Presión de Cámara de Mezcla. 89 . perteneciente al ProfitSuite de Honeywell) y reglas lógicas. 6.8 Imagen de CM “REG_DUMPER_CPSX”. el flujos de gases y la concentración de SO2 a la planta de ácido. Mediante la utilización de Controladores PID (PID-PL.Figura 6. y el ventilador de tiro inducido (VTI) de la zona de conversión y como variables de proceso utiliza la presión en la cámara de mezcla. de la planta de tratamiento de gases. se intenta mantener las variables de proceso dentro de un rango deseado (SETPOINT). los que utilizan como recurso los sopladores KKK’s. Flujo de Gases y Concentración de SO2 a Planta de Ácido. Al hacer doble click al controlador PID-PL también se pueden modificar los otros parámetros. Figura 6. como se puede observar en la Figura 6.PV). .10. Este rango puede ser modificado directamente en el CM. A continuación. al igual que en un controlador PID convencional.PV) y utiliza como recurso la posición de los álabes del ventilador KKK1 (ZIT4501. en la Figura 6. en el cual se puede asignar un valor alto de setpoint (SPHI) y un valor bajo de setpoint (SPLO). control de presión cámara de mezcla. se muestra las opciones del bloque PID-PL. Para esto se debe hacer doble click en el bloque del controlador PID-PL. Se asignó como valores de setpoint un rango entre -30 y -38 mmca.9 Controlador PID-PL PIC4501.9.El primer controlador es el que controla la presión en la cámara de mezcla (como PV utiliza la variable PIT4501.Profit Loop (PID-PL). 90 . y cambiar el valor en la pestaña “setpoint” a los valores deseados. Se utilizó para esto un controlador PID. el modo del controlador. el orden de ejecución del bloque y nombre del bloque de control. Figura 6.Figura 6. En esta ventana se puede modificar el rango de la variable de proceso (PV). la cual deja fuera de operación los parámetros normales de un controlador PID. Si se escogiera como algoritmo de control EQA.11. funcionaría como un control PID convencional. para este caso se utilizó el algoritmo “PROFITLOOP”. En la ventana “algorithm”.10 Ventana principal del controlador PID-PL. dado la característica del sistema a controlar. se puede modificar el algoritmo de operación del bloque de control. 91 . para este caso se eligió rango. Al utilizar este tipo de algoritmo se puede escoger en “Control Mode” entre Setpoint y Rango. Figura 6. se definen los rangos en los cuales se moverá el setpoint del controlador (Input Range).Figura 6.11 Ventana de algoritmo del controlador PID-PL. En la ventana “setpoint”. además se define el rango de control del controlador (Range Control).12. definiéndose el rango alto (SP High) y rango bajo (SP Low) del setpoint. 92 . debido a modificaciones o perturbaciones en el sistema que generen variaciones rápidas en la variable controlada.12 Ventana de setpoint del controlador PID-PL. En la ventana “output”. para este caso es directo (se puede escoger entre directo e inverso). se definen los límites de salida del controlador. límite superior e inferior.Figura 6. evitando movimientos bruscos del recurso.13. También se define el sentido de la salida. la cual disminuye las variaciones abruptas del recurso del controlador. Además está la opción de “Filtering”. 93 . Figura 6. para utilizarlo se debe hacer click en “Start Assistant”.13 Ventana de salidas del controlador PID-PL. esta ventana posee la opción de asistente.14. en esta forma el controlador lleva a la variable de proceso al valor de SPLO o SPHI dependiendo si se utiliza minimizar o maximizar respectivamente. En la ventana “Advanced”. al realizarlo se despliega la ventana que se muestra en la Figura 6. Además en esta sección se puede activar la opción de optimizador. si es continua o discreta. También en esta ventana se puede poner la opción de tolerar offset en el setpoint o en la salida del controlador. Figura 6.15. Si no se posee conocimiento del modelo matemático que rige el proceso o éste es dependiente de muchas variables lo que lo hace difícil de obtener. 94 .Figura 6. esto es posible si se realiza una modelación del sistema y se obtienen matemáticamente los valores. y seleccionar el tipo de medición de la variable de proceso. se puede ingresar directamente los parámetros del modelo que controlará el sistema. 14 Ventana avanzada del controlador PID-PL.Figura 6. 95 . 16. luego el tipo de modelo. para este caso PID Tuning.15 Ventana resumen del asistente de modelo del controlador PID-PL. 96 . al realizar mediante esta opción se despliega las ventana que se muestra en la Figura 6. para este caso. Para cargar el modelo se realiza mediante la selección del tipo de lazo (Loop type).Figura 6. Además del bloque PID-PL que tiene como objetivo la presión en la cámara de mezcla. el CM tiene programado reglas lógicas para poder maximizar el flujo de gases de ingreso a la planta de tratamiento de gases.16 Ventana de creación de modelo mediante PID Tuning del controlador PID-PL. no es capaz de llegar al setpoint deseado. Para salir del asistente se hace click en “exit”. un rango determinado de concentración de SO 2 y un rango determinado de presión en la cámara de mezcla donde actuará esta maximización de flujo. Estas reglas lógicas entran en acción cuando el ventilador KKK2.Figura 6. Además de esta condición se considera que el ventilador KKK2 debe estar a su máxima apertura de álabes. Luego de crear el modelo este se descarga y queda controlando el sistema. encargado de controlar el flujo de admisión a la planta. 97 . 17 Muestra de programación de lógica de control del controlador.” “Si la concentración de SO2 es mayor a 9. se aumenta la apertura del soplador KKK1 en un 40%. se aumenta la apertura del soplador KKK1 en un 25%.” Estas reglas lógicas funcionan mientras el controlador se encuentre en modo automático y la presión de la cámara de mezcla se encuentra en un valor mayor a 75 mm de H2O. Figura 6. Estas reglas lógicas se pueden ver en la Figura 6. Todos estos rangos son modificables en el CM PIC4501.2% y el soplador KKK2 está en su máxima apertura y además el setpoint de flujo de ingreso a la planta de tratamiento de gases no se cumple.2% y el soplador KKK2 está en su máxima apertura y además el setpoint de flujo de ingreso a la planta de tratamiento de gases no se cumple.17.Las reglas lógicas utilizadas son: “Si la concentración de SO2 es mayor a 8. 98 . que es el flujo total de gases de ingreso a la planta de tratamiento de gases.18. El último controlador es el PIC3827D.0 – 8.5 8. lo cual da la opción de tener un rango de setpoint (SPHI-SPLO). Además el setpoint es un rango (SPHI-SPLO).3 Rangos de setpoint dependiendo de la concentración de SO2 hacia la planta de ácido.19. el cual dependiendo del %SO2 a la planta.PV y como recurso utiliza la frecuencia en el Ventilador de Tiro Inducido de la zona de CPS. dicta los setpoint de flujo al controlador FIC4565B. Los rangos de setpoint de flujo de este controlador están regidos por otro CM (SELMATRIZ). como variable de proceso se utiliza la variable FTC4560.El segundo controlador rige el flujo de gases de ingreso a la planta de tratamiento de gases (FIC4565B). Esto se puede observar en la Figura 6. además los parámetros del modelo pueden ser modificados en este bloque de la manera anteriormente descrita.5 – 9. % SO2 7. se muestra el CM del controlador. hacen que disminuya la succión del soplador. Al igual que con el controlador anterior se utilizó un controlador PID-PL. 99 . Mientras ocurra esto se deja de lado el objetivo de mantener el flujo.3: Tabla 6. el cual controla presión en la cámara de mezcla mediante la variable PIT4501. Los setpoint dictados siguen la Tabla 6. cuando la presión de la cámara de mezcla está en valores menores a -75 mm H2O.PV. En la Figura 6. para apoyar el accionamiento del controlador PIC4501. El rango del setpoint se puede modificar en el bloque PID-PL al igual que en el controlador PIC4501. Además el CM FIC4565B cuenta con reglas lógicas las cuales.5 9.5 – 12 SPHI [Nm3] 133000 139000 147000 SPLO [Nm3] 136000 142000 150000 Los cambios en el modelo de control del controlador PID-PL se realizan de la misma manera que en el caso anteriormente descrito (PIC4501). 18 Muestra de programación de lógica difusa de control para el controlador FIC4565b. Figura 6. 100 .Figura 6. control VTI CPS.19 Programación para controlador PIC3827D. se deben mantener las mismas condiciones operacionales observadas en este capítulo. Para que las pruebas sean comparables con el análisis hecho anteriormente en el Capítulo 4. es decir. es decir: Similar tasa de fusión. Los resultados que se muestran son de un turno de operación en la fundición. 101 . se debe presentar en el tiempo de prueba todos los movimientos que se realizan el área de conversión. Para el caso de los controladores de los dampers de regulación. para lo cual se debe realizar las acciones detalladas en el Anexo B. puesto que al no existir eje. debido a que a una diferente tasa de fusión cambia la cantidad y concentración de los gases de fusión Similar disponibilidad de eje para conversión. el proceso de conversión se hace menos continuo. carga. soplado de cobre y descarga del convertidor. Similar periodo de tiempo. y toma el control de los sopladores KKK y el ventilador de tiro inducido de la zona de CPS (VTI de CPS). 8 horas de funcionamiento de una operación normal (sin detenciones). Para realizar las pruebas es necesario iniciar el controlador híbrido. soplado de fierro. escoriado. el controlador se debe utilizar en la modalidad automática para ser iniciado. por lo cual varia el flujo y concentración de los gases desde esta zona. es decir. Luego de seguir las indicaciones el controlador inicia su funcionamiento.CAPITULO 7: RESULTADOS DEL CONTROLADOR HÍBRIDO DEL TREN DE GASES. En este capítulo se muestran y analizan los resultados finales obtenidos en el tren de gases al operar con el controlador híbrido desarrollado. 1 Comportamiento controlador de dampers de regulación CPS en forma automática. abre los dampers para aspirar los gases y cuando el convertidor termina su ciclo de operación. Se puede observa en la Figura 7. La apertura es de forma gradual lo que genera una menor perturbación al sistema.1 una operación normal de un convertidor. posición del convertidor y estado de los otros convertidores. minimizar las emisiones al ambiente. Esto se puede observar en la Figura 7. un porcentaje menor. el movimiento del convertidor hacia la posición de soplado a fierro. El cierre también ocurre de forma gradual para lograr el mismo efecto durante el proceso de “escoriado” del convertidor. En la zona A se puede ver la etapa de carga del convertido. Los dampers de regulación se abren con respecto al estado (seleccionado o no). en la zona B. hasta abrirse completamente. El controlador imita el procedimiento del operador al manipular la apertura de los dampers de regulación.1 Figura 7. en donde el damper se abre un 25% para aspirar los gases de la etapa de carga. para ingresar al sistema los gases remanentes y de esta forma. dependiendo de la posición del convertidor.1 Controlador de dampers de regulación CPS. 102 . por lo cual la presión en las toberas aumenta hasta llegar a alrededor de 70 [kPa]. el damper permanece abierto. dando la posibilidad a los sopladores de actuar a tiempo para mantener la presión en el valor deseado.7. Cuando el convertidor se encuentra en periodo de carga. luego se puede observar. y el damper de regulación se abre progresivamente. por lo cual. seguido por un segundo escoriado. Luego de un tiempo en soplado a fierro. el damper de regulación se comporta como en lo descrito para las zonas B y C respectivamente. En la zona B comienza la etapa de soplado a fierro y se abre el damper completamente. En la Figura 7. el convertidor se mueve a escoriar y 103 . ocurre un nuevo escoriado para eliminar los óxidos de cobre (zona G).2 se puede observar que para la carga de eje al convertidor. en el cual termina el proceso de soplado del cobre. los gases del eje no son colectados por la campana. generando una emisión al medio ambiente. lo que genera una perturbación al tren de gases. Seguido del segundo escoriado. En la Figura 7. en la cual nuevamente el damper de regulación se abre completamente (zona F). comienza la etapa de soplado a cobre. bajando la presión en las toberas. y el damper de regulación se mueve hasta un 25% de apertura para captar los gases emitidos en esta etapa. zona D. Luego el convertidor vuelve a tomar la posición de soplado para proceder a la segunda etapa de soplado a fierro. Continúa el proceso con un nuevo movimiento a posición de soplado (zona H). Figura 7. manteniéndose una apertura del 25% del damper.El convertidor luego de la etapa de soplado a fierro se mueve a escoriar. para lo cual se detiene el ingreso de aire al convertidor. Luego que el convertidor se descarga el damper se cierra completamente. en un solo movimiento.2 Comportamiento controlador de dampers de regulación CPS en forma manual. zona E. seguido se descarga el convertidor (zona I) y el damper permanece con un 25% de apertura para captar los gases.2 se muestra una operación manual del damper de regulación para el CPS1. zona C. no se abre el damper. zona A. generando una dilución de los gases. para observar sí la operación automática produce una mejora. Esto es de suma importancia dado que cualquier falla que involucre a los sopladores KKK desencadena una detención de emergencia de la fundición y las consecuentes pérdidas por una detención no programada. 7. éste toma el control de los sopladores. y manteniendo la presión de la cámara de mezcla en un rango de presión. 104 . el controlador de los sopladores del tren de gases involucra a los dos sopladores KKK y al ventilador de tiro inducido de conversión (VTI CPS). Esta comparación se realiza bajo similares condiciones de tasa de fusión y disponibilidad de eje para conversión.1 muestra los valores medios y desviaciones de las variables involucradas en el tren de gases. Las pruebas del controlador se realizaron sin alterar el correcto funcionamiento de la fundición. La Tabla 7. con una apertura total del damper. Una vez terminada la prueba se realiza un análisis de las variables más importantes del tren de gases. definiendo el setpoint de flujo de gases a la planta de ácido. y luego en la zona G se muestra la operación de descarga del convertidor. Estas se pueden comparar con una operación de forma manual de lo sopladores. En la zona F se observa la etapa de soplado a cobre. dependiendo de la concentración de SO2. En la zona D se observa que el proceso de soplado continúa y en la zona E nuevamente el convertidor se mueve para eliminar la escoria generada. Como se mencionó anteriormente en el Capítulo 6. y se observa que el damper de regulación mantiene una abertura del 50% generando dilución de los gases de conversión.la apertura del damper queda en un 50% de apertura. para la prueba con el controlador en modo automático. Al iniciarse la operación del controlador.2 Controlador de sopladores del tren de gases. 27 29.98[mmH2O] σ 28.25 1. 105 . por esto se observan las oscilaciones en la concentración.1 Comparación entre las variables para operación manual y automática. Este aumento gradual en la concentración se debe a la disminución en las infiltraciones en el tren de gases. Esto genera una mayor estabilidad en el tren de gases. en el promedio. marcado en rojo.09[mmH2O] -2. hasta que ocurre la bajada de un convertido.16 Automático Promedio -52. como por el controlador de presión de la cámara de mezcla y flujo de gases hacia la planta de ácido. El controlador de flujo de los gases maximiza el flujo de gases cuando la presión se encuentra dentro de los valores deseados.01 [mmH2O] 3 σ 15.38 % 140298[Nm3/H] 14650[Nm3/H] -27. lo que genera un flujo más estable hacía la planta de ácido.51 [mmH2O] -2. En la presión en la cámara de mezcla (PIT4500).3. Al analizar la Figura 7. ocurre un efecto similar con una disminución de la variabilidad de un 82%.63 [mmH2O] -38.30[mmH2O] -35.03 De la Tabla 7. aumentando la producción de ácido sulfúrico y disminuyendo la contaminación a la atmósfera.46 1.24 8513 2403 0. en operación automática aumentó. Dado que se minimizan las infiltraciones por campanas y las infiltraciones por presiones muy bajas en el tren de gases. que muestra el comportamiento de la concentración de SO2 en los gases hacia la planta de ácido. Tipo de operación Manual Parámetro Presión Cámara de Mezcla (PIT4500) Presión Horno Flash (PIC3807A) % SO2 a planta de ácido Flujo Total de Gases a planta de ácido Flujo de SO2 a planta de ácido Presión Succión VTI CPS Presión Cámara de Mezcla (PIT4501) Promedio -50.Tabla 7. mientras la varianza disminuyó en casi un 80%.05[mmH2O] 10.1 se puede observar que el flujo de gases a la planta de ácido.06 1.21 [mmH2O] 11. debido a que no existen convertidores soplando. La presión en la cámara de mezcla (PIT4501) disminuye su variabilidad en un 71% con el control automático. Además. Además se puede observar.81 17.00 4772 1770 0. dado que la variación de la presión es más acotada. Estas se pueden observar en las zonas marcadas en verde. sólo se encuentran disponibles los gases de fusión del horno flash. se observa que la concentración de SO2 tiene la tendencia de aumentar.07 % 142565 [Nm3/H] 15805 [Nm /H] -27. en un 2%. una disminución en la concentración. logrado tanto por el controlador de los dampers de regulación.66 1. aumenta el transporte de SO2 a la planta de ácido. provocando una baja en el flujo de los gases a la planta de ácido. debido al movimiento de un convertidor a “escoriar”. y el controlador intenta maximizar el flujo. Se pueden observar disminuciones del flujo. Además se observan zonas de oscilaciones. Dado que se debe mantener la presión.Figura 7.4 se muestra el comportamiento del flujo de gases a la planta de ácido. esto se observa en la zona marcada de color verde. Cuando se alcanza el valor de presión deseado (setpoint). el soplador KKK1 disminuye su aspiración. y al existir menos gases para transportar se generan oscilaciones de presión en la cámara de mezcla. 106 . esto ocurre cuando existe sólo un convertidor soplando y este baja a escoriar. nuevamente el soplador KKK1 ayuda a aumentar el flujo de gases a la planta de ácido. En la Figura 7. zonas marcadas en rojo. generando una disminución del SO2.3 Comportamiento de concentración de SO2 en gases a planta de ácido. provocando el ingreso y salida del soplador KKK1 en la zona de maximizar flujo. y aumenta su consumo cuando la presión aumenta. Figura 7. debido al movimiento de los convertidores. obteniéndose como resultado una disminución del flujo de gases. También se analiza el comportamiento de la corriente consumida por los sopladores KKK. zona marcada en rojo. desciende frente al “escoriado” de algún convertidor debido a la disminución de la presión en la cámara de mezcla. dado que los gases son más livianos.6. La corriente consumida del soplador KKK1. El soplador KKK2 se comporta de forma similar al soplador KKK1. dado que la concentración de SO2 en los gases disminuye. Se puede observar un comportamiento similar al del flujo de gases a la planta ácido.4 Comportamiento flujo de gases a planta de ácido. En ninguno de los dos sopladores se generan grandes saltos en el consumo de corriente. Esto ocurre cuando no existen convertidores soplando. debido al aumento de los gases disponibles a transportar. disminuyendo su consumo de corriente al aumentar la presión de la cámara de mezcla. y dado que el 107 . Luego se observa que aumenta el consumo de corriente debido a que vuelve el convertidor a la etapa de soplado. zona marcada en verde.Figura 7.5 y 7. por lo que aumenta la presión en la cámara de mezcla. lo que se muestra en las Figuras 7. como se muestra en la zona marcada con rojo. Además se puede observar una oscilación en la corriente de los sopladores en algunos momentos.5. que pudiesen generar problemas en los sopladores. Figura 7.7. al contrario del los sopladores KKK. Para el caso del VTI de conversión. Figura 7.5 Corriente a soplador KKK1. descarga en la cámara de mezcla. Cuando sube al 108 . Se puede observar un aumento en la frecuencia del soplador cuando el convertidor baja a “escoriar” y la presión en la cámara de mezcla disminuye. esto debido a la ubicación del soplador. se observa un comportamiento inverso al del soplador KKK1. por lo cual en esta condición se genera una oscilación de alrededor de 2 [A] en los sopladores KKK’s. en la zona marcada en verde.controlador está diseñado para maximizar el flujo mientras esté en un rango de presión.6 Corriente a soplador KKK2. zona marcada en verde. Esto se puede observa en la Figura 7. El ventilador de tiro inducido.6. Figura 7. generadas por sobrepresiones.64 Automático 0. influenciado por los parámetros del controlador.2 se muestran los valores obtenidos entre el funcionamiento automático de los equipos y el funcionamiento en modalidad manual. zona marcada en rojo. la frecuencia del ventilador disminuye.31 3. % Tiempo Parámetro Presión en cámara de mezcla Presión en horno flash Manual 7. En la Tabla 7.82 109 . Tabla 7.86 3.7 Frecuencia de VTI CPS Además es de importancia como objetivo de la estrategia de control disminuir las emisiones del tren de gases.2 Tiempo de operación en presión positiva con controladores funcionando en modalidad manual y automática. No existen oscilaciones de frecuencia peligrosas para la integridad del soplador.convertidor a seguir con la etapa de soplado. Los movimientos en la frecuencia son suaves. por lo cual el controlador no provoca movimientos bruscos o de peligro para el funcionamiento del ventilador. Figura 7. estas zonas se encuentra marcadas en color verde. Se puede observar que existen oscilaciones producto del movimiento de los convertidores. por lo tanto un aumento en la presión de la cámara de mezcla. -38 mm. Además de estos picos también se observa una zona de gran inestabilidad. disminuyendo el tiempo en que la presión se encuentra en valores positivos. lo que genera una mayor cantidad de gases para ser transportados a la planta de limpieza de gases. con la consiguiente disminución en la presión en la cámara de mezcla. lo que genera una disminución abrupta de la presión y la consiguiente oscilación en el objetivo. evitando infiltraciones debido a presiones muy bajas y las emisiones debido a presiones muy altas.c.31% de tiempo de operación. disminuye la variabilidad de la presión en la cámara de mezcla en alrededor de un 70%. En la Figura 7. además cuando existe alguna perturbación. disminuyendo las emisiones al medio ambiente. Para el caso de las sobrepresiones en el HFF no se observan cambios significativos manteniéndose valores similares entre el control automático. 3. 3. por lo tanto. esto se debe a la ausencia de convertidores soplando.64%.86% a un 0.Al comparar las dos operaciones.8 se muestra el comportamiento de la presión en cámara de mezcla. Los picos negativos se deben a la salida de un convertidor de la etapa de soplado. 110 . Esto se ve traducido en menores emisiones al medio ambiente.a. generada por el movimiento de los convertidores. Cuando el sistema se encuentra con los convertidores en proceso de soplado la presión se mantiene dentro de los valores deseados. Comparado con la operación manual. el controlador rápidamente vuelve el objetivo al setpoint deseado. marcada de color rojo. la operación automática. se puede observar claramente que existe una disminución del tiempo en que la cámara de mezcla se encuentra en presión positiva.82%. lo que provoca una inestabilidad en la presión debido a la disminución de gases disponibles. siendo unos de los objetivos de los controladores. y el control manual. lo que genera una mayor estabilidad y además se disminuyen los máximos y mínimos de la variable. de un 7. los picos positivos se deben al ingreso de los convertidores a la etapa de soplado. El soplador KKK1 después de controlar la presión ayuda a maximizar el flujo de gases a la planta de ácido. c. Se puede observar que la presión externa de la campana está muy cercana a 0 mm.a. por las campanas de los convertidores.8 Presión en cámara de mezcla Siguiendo la línea sobre las emisiones al medio ambiente. Para esto se monitorean las presiones en las campanas.10. pero como la presión externa de la campana es prácticamente 0 mm. se observa nuevamente que los gases remanentes quedan acumulados en la campana. que al moverse el convertidor a escoriar la presión interna de la campana aumenta. con lo que se puede concluir que no existieron emisiones al medio ambiente. se analizó posibles emisiones.Figura 7. se puede deducir que no existen emisiones por campana debido al escoriado de los convertidores. esto se muestra en las Figuras 7. en las zonas marcadas en negro. asociado al efecto descrito en el Capítulo 4. dado que la presión externa es muy cercana a cero. provocadas durante el periodo de pruebas de los controladores.9 se observa el comportamiento de la presión en la campana y toberas (se agrega esta variable para observar cuando comienza el proceso de soplado en el convertidor) del CPS1. Además se puede observar que al terminar el soplado de cobre del convertidor.a. marcado en color gris. debido a la acumulación de gases en la campana.9 y 7. por lo cual la presión interna aumenta. 111 .c. En la Figura 7. Además se puede observar. No se generan emisiones al ambiente durante este tiempo. externa y presión de toberas CPS1 En la Figura 7. debido al efecto de succión que se genera en el tren de gases debido a la acción de los sopladores que transportan los gases y a la apertura del damper de regulación del convertidor. dado que la presión externa de la campana es negativa y la presión interna de la campana es aún más negativa. zona marcada en amarillo. 112 . En la zona marcada con negro.9 Comportamiento de presión de campana interna.10 se observa la presión interna y externa de la campana y presión de toberas del CPS4. Durante el soplado a cobre. se observa que no existen emisiones al medio ambiente.Figura 7. se observa que el convertidor al iniciar la etapa de soplado la presión interna de la campana disminuye. aumentando la succión en el convertidor que se encuentra soplando. debido a que en ese momento el otro convertidor en operación se mueve a escoriar. Se puede observar un comportamiento similar al CPS1. Figura 7. externa y presión de CPS4 113 .10 Comportamiento de presión de campana interna. por lo cual el resultado esperado es que tome decisiones de manera similar.  Se logró programar un segundo controlador para mantener una presión estable dentro de la cámara de mezcla y controlar el flujo de gases a la planta de ácido.  Realizada la recopilación de datos y conocimiento. determinado por la concentración de SO2 de ingreso a la planta de ácido. 8. basado en los hechos. identificando las variables principales y sus rangos deseados para una operación normal. y una serie de reglas lógicas determina la apertura del damper de regulación de los convertidores Pierce Smith. La información para determinar la importancia de las variables se obtuvo trabajando con los operadores de consola. El primero que controla los dampers de regulación de admisión de gases desde la zona de conversión y el segundo que manipula los dos sopladores principales de la planta de ácido y el ventilador de tiro inducido de la zona de conversión.  Se logró programar un primer controlador que mediante la lectura de variables como la posición de convertidor. Las reglas lógicas imitan el comportamiento de un humano. presión de aire en las toberas y temperatura de gases en la campana.  Se detectaron los escenarios que perturban la estabilidad del transporte de gases de la fundición y la forma en que los operadores de consola las enfrentan.1 Conclusiones  Se estudió y comprendió las variables del tren de gases de la fundición. 114 . entendiendo su forma de operación. se configuraron dos controladores. de manera de obtener el conocimiento para realizar un control experto para la resolución de los problemas en la zona.CAPITULO 8: CONCLUCIONES. dado que la variación de la presión es más acotada. La concentración de SO2 tiende a ir aumentando. pero la mayor variación es en la varianza. Además esto produce un mayor transporte de SO2 a la planta de ácido. o simplemente el controlador genera una desestabilización del proceso.  Al utilizar el controlador en ciertos casos se obtiene un resultado deficiente. la operación automática genera un aumento.64%. en el promedio.31% en operación automática. Esto ocurre para casos de baja cantidad de gases. por esto se observan las oscilaciones en la concentración. Se puede deducir que no existieron emisiones al medio ambiente por las campanas. El aumento gradual en la concentración se debe a la disminución en las infiltraciones en el tren de gases. Esto se ve traducido en una mayor estabilidad en el tren de gases.  En el flujo de gases a la planta de ácido. que no existan convertidores “soplando” o que exista sólo un convertidor en 115 .82%. de un 7. del transporte de los gases de un 2%. lograda por el controlador de los dampers de regulación y el control de la presión en la cámara de mezcla. a un 0. como es el caso de nula o baja tasa de fusión. y el control manual. Esto se ve traducido en menores emisiones al medio ambiente. lo que genera un flujo más estable hacía la planta de ácido. provocado por el controlador de los sopladores.  Se observa que la concentración de SO2 no posee variación significativa entre una operación manual y automática. Al utilizar los controladores automáticos se generó una disminución de la varianza en la presión en la cámara de mezcla de 71%. fase en la cual el convertidor genera mayor cantidad de gases debido a la inyección de aire enriquecido para que ocurra la conversión del eje.  Existe una disminución del tiempo en que la cámara de mezcla se encuentra en presión positiva.  Se puede observar que la presión. siendo unos de los objetivos de los controladores. La variabilidad disminuyó en casi un 80%. 3. 3. en las campanas de los convertidores. hasta que ocurre una bajada de un convertido. mientras el convertidor se encontraba en etapa de soplado (presión de toberas mayor a cero). por lo cual esto debería traducirse en un aumento de la producción de ácido sulfúrico. tomó valores negativos o muy cercano a cero.86% en operación manual. Para el caso de las sobrepresiones en el HFF no se observan cambios significativos manteniéndose valores similares del tiempo entre el control automático. “soplado”. 116 . por lo cual el sistema implementado no permite que se utilice bajo esas condiciones. Philippines Associated Smelting electrostatic precipitator upgrade. Consultado Febrero 2012. Jones D. King M.. Tesis para optar al Título de Magister en Ingeniería Eléctrica. Control and Optimization.H.G.angloamerican- chile.. King M. Biswas A. Sarma S. K. TMS. Departament of Chemical Engineering Michigan Technological. AUTOMINING 2010.cl/our-operations/chagres-division. 2000 Campos M. 2009 Inducción Fundición Chagres. 117 . Primary Metals. Diseño de un sistema de control supervisor híbrido. Schelesinger M. 2007. Davenport W. (2001). 2006. División Fundición Chagres. In Copper 99 Proceedings of the Fourth International Conference. Experion PKS. PA. Production of Sulphuric Acid. Sulzer C. Partelpoeng E. King M.based Controller Specifications and Technical Data.aspx?sc_lang=es-ES. Conde C. http://www. Kawatra S. Anglo American. C. The evolution of technology for extractive metallurgy over the last 50 years. Flash Smelting. AngloAmerican Chile.M. 4th ed. European Sulphuric Acid Association (ESA). Analysis. Migration of the distributed control system TDC 3000 of Chagres Smelter Division.BIBLIOGRAFÍA. Universidad Tecnológica de Pereira.Is the best yet to come? JOM.J. Pergamon.G. Davenport W. Honeywell. G. Gerencia de Operaciones. Extractive Metallurgy of Copper... Warrendale.. 2002. 2003. Best Available Techniques for Pollution Prevention and Control in the European Sulphuric Acid and Fertilizer Industries. 2009. Gutierrez J. Taylor B. CEE. European Fertilizer Manufacturers’ Association (EFMA).. 2009.K. Controladores PID.J. 2003. 2006 Liao S. 1993. 2007 Steinhauser J. 2007 Peacey J. Ingeniería en Automatización y Control Industrial. Luraschi A. 2008. Metals & Materials Society). Lahtinen M. TMS (The Minerals. Volatilization and distribution of impurities in modern pyrometallurgical copper processing from complex concentrates. Model Predictive Loop Control Technology. Ed. G. MéridaVenezuela. Sorensen A. 2000. Sohn International Symposium on Advanced Processing of Metals and Materials. Review of Copper pyrometallurgical practive: today and tomorrow.. Metals & Materials Society)..R. 2005. Peuraniemi E. Universidad Nacional de Quilmes. 2003 Mendoza H. JOM.Minerals Engineering.. Moskalyk R. Asakura I. 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Variable Presión entrada cámara mezcla flash Presión ingreso planta de limpieza Presión en cámara de mezcla Presión entrada cámara mezcla conversión %SO2 a planta de acido Flujo de SO2 a planta de ácido Flujo de gases a planta de ácido % utilización VTI CPS % utilización VTI HFF Caudal gases flash Flujo de aire Tasa de Fusión Flash 120 Tag PIT3812.PV WKY3084.PV PIC3827.PV FFIC3145.PV AIT4512.PV PIT4501.1 Tags y variables de correlación cruzada tren de gases.OP PIC3807A. Tabla A.1 Correlación cruzada de variables del tren de gases.0.OP Q4FLASH.PV PIT4500.PV PIT3832A. PV AAIC3128.PV PIT3793.PV PIT3793A.Presión en sedimentador HFF Presión cuello de cisne Presión salida de caldera Presión salida Lurgi Enriquecimiento Presión descarga VTI CPS PIC3807A.PV 121 .PV PIC3827.PV P_902. 122 .ANEXO B PUESTA EN MARCHA CONTROLADOR TREN DE GASES. por los controladores PIC4501. FIC4565 y PIC3827. Se deben igualar los valores de las OP entre los controladores PIC4500 y PIC4501. se debe acceder desde una estación del DCS a los CM PIC4501. cambiándole los nombres. el cuál posee los controladores PIC4501 y FIC4565B. Al realizar esto queda fuera de funcionamiento los controladores PIC4500. que se deben encontrar en modo manual y que controlan los sopladores KKK’s. Como para el caso anterior se debe igualar el valor de la OP. El esquemático “ACSURGUETITO” debe pasar a llamarse “ACSURGUE” y el esquemático “GASCON2TITO” debe pasar a llamarse “GASCON2”. FIC4565B y PIC3827D. en este esquemático se encuentra el controlador PIC3827D. FIC4565 y PIC3827. FIC4565B y PIC3827D. y entre los controladores FIC4565 y FIC4565B. Luego se debe desplegar el esquemático “GASCON2TITO”. Luego de realizado esto se debe actualizar los esquemáticos. para este caso se debe realizar para los controladores PIC3827 y PIC3827D. Luego de realizado este cambio se pueden pasar a modo automático los controladores PIC4501. FIC4565B y PIC3827D. Luego de que se encuentren igualados los valores de los controladores antiguos con los nuevos. Además de realizar esto los operadores consolas deben realizar una actualización de su “grupo de control”. Con esto entrará en funcionamiento el control automático del tren de gases. se debe seguir los siguientes pasos. FIC4565B y PIC3827D. en los cuales se debe accionar el bloque SWITCHA y cambiar de selector. En la pantalla de consola se debe desplegar el esquemático “ACSURGETITO”. 123 . y quedan en funcionamiento los controladores PIC4501. el cual controla el ventilador VTI de la zona de conversión. los cuales se deben encontrar en modo manual.Para poner en servicio el controlador de los ventiladores del tren de gases. en el cual deben cambiar los controladores PIC4500. 124 .ANEXO C GRÁFICOS DE RESULTADO DE PRUEBA DE CONTROLADOR TREN DE GASES. 2 Resultado de pruebas controlador de dampers de regulación en CPS2.1 Resultado de pruebas controlador de dampers de regulación en CPS1. 125 . 120 100 Presión de toberas [kPa] 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 Fech Presión de toberas [kPa] % apertura damper CPS2 Posición CPS2 [°] Figura C.120 100 80 60 40 20 0 -20 Presión de toberas [kPa] % apertura damper Fech Presión de toberas [kPa] % apertura damper CPS1 Posición CPS1 [°] Figura C. 3 Resultado de pruebas controlador de dampers de regulación en CPS3. 140 Presión de toberas [kPa] % apertura damper Posición [°] 120 100 80 60 40 20 0 -20 -40 Fecha Presión de toberas [kPa] % apertura damper CPS4 Posición CPS4 [°] Figura C.4 Resultado de pruebas controlador de dampers de regulación en CPS4. 126 .120 Presión de toberas [kPa] % apertura damper 100 80 60 40 20 0 -20 Fecha Presión de toberas [kPa] % apertura damper CPS3 Posición CPS3 [°] Figura C.