LA EXPERIENCIA EN LA PLANTA DE MINERA COLLAHUASI:
Desafíos y beneficios de la
automatización de procesos


Los beneficios comprenden tanto aumentos en la capacidad de tratamientos
como el logro de una operación más estable y segura.

En el mundo cada vez más competitivo de la industria minera se hace necesario buscar medios con los cuales se logre la máxima productividad con un mínimo costo. Para cumplir tal objetivo la aplicación de tecnologías de información en los procesos productivos de mina y planta juega un rol clave.

El desarrollo de sistemas expertos es responsabilidad del equipo de Collahuasi, con el aporte y apoyo de consultores externos.

El presente artículo aborda la experiencia de Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi en la aplicación de Sistemas de Control Experto en su planta concentradora. Los beneficios generados por la automatización de procesos involucran tanto aumentos en la capacidad de tratamiento como un desempeño más estable y operacionalmente más seguro.
Como bien lo señala Arnoldo Clunes, gerente de Informática de Minera Collahuasi, las soluciones propuestas son aplicables a la realidad de otras plantas mineras en Chile, "de hecho, existe mucho interés por lo que nosotros estamos haciendo y obviamente las soluciones emprendidas por otras compañías son, si no iguales, similares y apuntan en la misma dirección", acota.

Características del proceso
Los principales procesos de una planta concentradora (chancado-molienda-flotación) son esencialmente multivariables y dinámicos. Las variables de proceso presentan fuertes interacciones, existiendo no linealidades y retardos. La principal entrada al proceso (el mineral) es a su vez la mayor perturbación. Collahuasi -como parte de un proceso de perfeccionamiento constante- se encuentra definiendo los modelos apropiados para el tema de control, que expliquen el comportamiento de los molinos, principalmente SAG.
El objetivo de Control Global en Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi es el logro del máximo beneficio económico del proceso. Para lograr esta meta se han desarrollado dos pasos: primero la estabilización de los procesos y luego la optimización.
En el caso de la molienda, se ha trabajado en lo siguiente:
Desarrollo de Sistemas Expertos, que corresponde a los algoritmos de control automático que comandan la operación de los molinos de la planta. Es un conjunto de módulos de programas de inteligencia artificial basados en reglas.
El enfoque experto se basa en la selección y organización del conocimiento como un conjunto de elementos de información y procedimientos (reglas de decisión).
Es de reconocimiento generalizado que las estrategias de control y el manejo de las operaciones basadas en herramientas de control experto permiten llevar los procesos a los límites de productividad potencialmente alcanzables, por sobre otras estrategias clásicas de control, como por ejemplo controles automáticos de lazos regulatorios y, fundamentalmente, sobre un control de tipo manual ejercido por el operador.
Los principales objetivos del control experto en la molienda SAG son:
Lograr aumentos de tratamientos.
Obtener una operación estable de la molienda SAG.
Evitar condiciones de riesgo o sobrecargas en el molino.
Aumentos en la disponibilidad de la planta.

Con el fin de lograr estas metas la estrategia experta implementada en Minera Collahuasi monitorea permanentemente las variables del proceso, evaluando las condiciones de la operación y luego realizando los cambios necesarios para satisfacer los requerimientos operacionales.

Maximizar el tratamiento a través del molino SAG
Para lograr el primer objetivo el sistema experto del molino SAG aumenta la alimentación de mineral, mientras continuamente presta atención a las condiciones de emergencia. Si se identifica un potencial problema, las reglas están configuradas de tal manera que el sistema experto comience a realizar cambios en los rangos de alimentación del molino SAG, la velocidad del molino y el agua de alimentación, para solucionar el problema detectado.
Mediante frecuentes decisiones de control (cada 2 minutos), el sistema experto procura incrementar el rango de alimentación a los mayores límites que permite el circuito. El sistema de control experto es capaz de determinar con exactitud el estado de la planta y definir cuándo se pueden realizar incrementos de alimentación al molino.

Obtener una operación estable
La alta variabilidad es una característica de la operación de la molienda SAG, sobre todo cuando se realiza a través de una operación manual. Esta condición está definida fundamentalmente por la granulometría de alimentación, porcentaje de sólidos y dureza del mineral, entre otros factores, lo que provoca permanentes vaciados y/o sobrecargas del molino SAG.
La operación del molino SAG para un determinado nivel de llenado está inferida por una cierta presión de los descansos del molino, por lo tanto, esta presión se debe mantener en el entorno de un valor previamente relacionado con cierto volumen de llenado. El control experto permite mantener la operación relativamente estable dentro de los límites definidos, evitando los sobrellenados y/o vaciados del molino que pueden llegar a generar serios daños a los equipos e instalaciones.

Evitar condiciones de riesgos en la operación de molienda SAG
El monitoreo permanente de las condiciones de operación de la molienda SAG permite al sistema de control experto realizar evaluaciones operacionales de emergencia, previamente ingresadas por el operador y que corresponden a límites operacionales reales para cada una de las variables, como por ejemplo:
Temperaturas de los motores del molino
Potencia y presión de los descansos del molino SAG, para detectar condiciones clásicas de sobrecarga en el equipo.
Carga circulante al molino SAG.
Condiciones "límites" en circuito de molienda secundaria.

Para cualquiera de estas situaciones de riesgo el control experto tiene diseñadas reglas que permitirán rápidamente salir de la condición de emergencia y entregar al operador mensajes claros de las acciones y cambios efectuados.

Aumentos de disponibilidad planta
Una planta estable, con la variabilidad propia de los procesos bajo control, hace que las detenciones por fallas mecánicas y operacionales se vean fuertemente disminuidas, contribuyendo con esto a aumentar los niveles de tratamiento de los molinos SAG.
Como parte y complemento del sistema de control, se cuenta con una serie de instrumentos:
Software de análisis multivariable. Es una herramienta de análisis matemático que permite considerar todas las variables de proceso en conjunto, para determinar patrones operacionales del comportamiento. Mediante el método de análisis de componentes principales se reduce la dimensión del espacio de variables, con el objeto de visualizar de mejor forma el comportamiento del proceso y adoptar en forma oportuna las acciones de control más apropiadas.
Analizador en línea de carga interna de molinos SAG. Es un instrumento (sensor) que montado en forma solidaria al casco de cada molino SAG, permite determinar mediante el procesamiento de la señal de ruido que mide, las siguientes variables de la carga al interior del molino: ángulos de pie y hombro; niveles de llenado total, de bolas y de mineral y densidad aparente de la carga.
Analizador en línea de granulometría del mineral de alimentación. Posibilita la distribución granulométrica en línea del mineral fresco de alimentación a cada molino SAG. Se sabe que esta variable (perturbación) es una de las que más incide en el rendimiento de la molienda SAG.

Flotación
En el caso de la flotación, un sistema de control no será exitoso si no cumple con los objetivos metalúrgicos del circuito. En general el objetivo metalúrgico para todo concentrador es lograr la máxima recuperación de cobre para una ley especificada de concentrado.
Para esto se ha implementado una estrategia de control que estabilice el circuito (en todas las etapas), principalmente el nivel de las celdas, además de controlar en una primera instancia la dosificación de reactivos, en función del flujo de alimentación al circuito.
Mediante el apropiado control de nivel de las celdas se puede determinar el ancho de espuma; con ello se controlan la recuperación, la ley de concentrado y la ley de las colas. Por otro lado, la apropiada dosificación del espumante y colector(es) permite una adecuada calidad y generación de espuma y ley del concentrado.
Paralelamente se ha trabajado en la determinación de las referencias o set-point a los controladores, que tomen en cuenta los cambios de mineral y los retardos en la respuesta de los circuitos a las acciones de control (dinámica no lineal), con el apoyo de sistemas de análisis digital de imágenes (JK-Frothcam).
Finalmente se ha desarrollado un modo de control que optimiza los resultados, mediante algoritmos en línea, cuyo objetivo es maximizar la recuperación de celdas rougher, para una ley de concentrado definida para las celdas de limpieza y con la mínima ley de colas en las celdas scavenger.

Conclusiones
La implementación de los Sistemas de Control Experto pone a la Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi en una línea de avanzada tecnología en lo relativo al uso de sistemas para el control y manejo de operaciones en plantas concentradoras.
Desde el punto de vista del aporte de la estrategia de automatización a los resultados operacionales, es posible destacar que los beneficios provienen tanto por aumentos en la capacidad de tratamientos como por una operación más estable y operacionalmente más segura para las instalaciones.
Las herramientas de control avanzado bien aplicadas, con una instrumentación adecuada y en buen estado, junto a una base sólida de control y de comunicaciones, posibilitan alcanzar los niveles operacionales deseados y operar muy cerca de las condiciones óptimas.
El uso de los sistemas de control experto permite eliminar los paradigmas propios de los operadores y uniformar criterios de operación.
La implementación de los sistemas de control requiere de la participación y compromiso de ingenieros y operadores.
Las estrategias de control requieren de una mantención y revisión periódica, de manera tal que siempre resulten una herramienta útil para cualquier condición de operación.
El principal desafió es usar las inferencias y medidas de complejos equipos en línea, como los señalados anteriormente, como nueva información a ser procesada por los sistemas expertos existentes, logrando así un control más optimizado de la planta y, por consiguiente, mejorando el beneficio económico de ésta.

Este artículo fue elaborado por Manuel Suárez M., ingeniero senior de Automatización, gerencia de Plantas, Collahuasi. Con la colaboración de Arnoldo Clunes, gerente de Informática de Collahuasi.

Planta concentradora

La planta concentradora de Collahuasi cuenta con tres líneas de molienda. Dos líneas compuestas cada una por un molino SAG de 32´ de diámetro y 15´ de largo, accionados mediante motores sincrónicos de velocidad variable de 4.000 KW cada uno, y un molino de bolas, en cada línea, de 22´ de diámetro y una longitud de 36´. Estos son accionados mediante motores sincrónicos de velocidad fija con 4.850 KW cada uno.
La tercera línea de molienda la componen un molino SAG de 40´ de diámetro y 22´ de largo (el más grande del mundo), accionado por un motor gearlees sincrónico de velocidad variable, y dos molinos de bolas de 26´ de diámetro y 38´ de largo.
El circuito de flotación de la planta está conformado por tres etapas:
Flotación primaria o rougher.
Flotación primera limpieza - barrido (scavenger).
Flotación de segunda limpieza.

Los concentrados remolidos alimentan a la flotación de primera limpieza. La segunda limpieza cuenta con 8 celdas columnas de sección rectangular de 8x2x11 metros.
Los relaves del circuito de flotación son procesados en seis espesadores de alta capacidad, y éstos son enviados por gravedad al tranque.
El concentrado final es bombeado a través de una tubería de 203 km de longitud hacia el puerto de Patache. Ahí es filtrado por tres filtros de presión de 758 tph y almacenado en un edificio totalmente encapsulado.