jm20150514 control de polvo
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Control de polvo en los caminos de acarreo en minas de superficie
Ing. Tulio Antezano
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AGENDA
I. Objetivos de los proyectos de investigacin de pre-grado en UTEC
II. Proyecto de control de polvo en minas de superficie
a) Introduccin
b) Importancia del control del polvo
c) Esquema de desarrollo del proyecto
d) Solucin conceptual
e) Fases del proyecto
f) Trabajo de campo
g) Donde estamos y prximos pasos
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Aprendizaje Activo. Proyectos de pregrado.
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ESTRUCTURA DE LAS CARRERAS
Ciencias y matemtica: 25%
Ingeniera: 50%*
Gestin, humanidades, arte e idiomas: 25%
5 aos/ 10 semestres/ 213 Cr
Ho
lstico
*Menciones
Mining operations
Automation
Environment
Mining equipment
Information systems
Mechatronics
Nanotechnology
Minerallurgy
Maintenance management
Manufacturing
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DINMICA DE UNA CLASE TIPO
Mtodos inductivos de aprendizaje:
Discovery Learning
Inquiry-Based Learning
Problem-Based Learning
Project-Based Learning
Case-Based Teaching
Just-In-Time Teaching
Motivacin de la clase
WOW Comprensin del
contenido
Sistematizacin del
contenido
Evaluacin,
actividades post,
reflexin
30 minutos 10 minutos 10 minutos
70 minutos 15 minutos 15 minutos
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GENERACIN DE IDEAS DE
PROYECTOS
46%
23%
11%
5%
4%
4%
3%
2%
2%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%
Internaly generated
Customer
Competitive product
Sales force
University
Independent
Distribution partner
Other partner
Supplier
Source: Terviesch and Ulrich (2009)
Ao Proyectos Estudiantes Profesores
2013-II 42 239/366=65% 14 2014-I 58 326/551=59% 25 2014-II 69 352/504=69.8% 26
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Control de polvo en los caminos de acarreo en minas de superficie
Ing. Tulio Antezano
IIMP 14/05/2015
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OBJETIVO
Mejorar el factor de utilizacin del agua en el
regado de los caminos de acarreo por la
implementacin de un sistema de monitoreo de
emisin de polvo
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BENEFICIOS E IMPORTANCIA
El control del polvo es un problema a nivel mundial en
minas y canteras
El agua y la energa son claves para el desarrollo
futuro
La escasez de ambos recursos incrementa el costo
operacional y determina la capacidad de:
Cumplir con los requerimientos y objetivos de
produccin
Obtener y mantener las licencias para operar
Explorar y explotar nuevos depsitos
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HIPTESIS PLANTEADAS COMO RETOS
1. La emisin de polvo es producto de:
o El nivel de sequedad de la superficie de rodado de la va de acarreo
o Sus variadas caractersticas geolgicas y
o La degradacin progresiva de su composicin granulometra por el
trnsito continuo de los grandes camiones pesados de transporte
2. La medicin de la emisividad de polvo:
o Puede ser el mejor KPI para establecer un punto de referencia para
identificar los segmentos de va que necesitan riego
o Tambin la seal para movilizar la flota de camiones de riego
(Cisternas)
3. Esta misma metodologa puede:
o Ser utilizada para medir el perodo de eficacia de los aditivos
supresores de polvo y repetir el tratamiento cuando sea necesario
o Racionalizar el uso del recurso agua y de la flota de regado
mediante un monitoreo programado , complementado con el uso de
aditivos y un regado eficiente
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PLAN DE DESARROLLO
Fase #1
Definicin del problema
Fase #2
Solucin conceptual
Fase #3
Pruebas en campo,
validacin y conclusiones
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FASE 1 - DEFINICIN DEL PROBLEMA
Estado del arte
Sistemas de control de polvo con regado de agua en base a supervisin visual
Alto consumo de agua Sistema de regado ineficientes Accidentes e incidentes por presencia de polvo Ciclos de transporte mas extensos por mala condicin de
caminos y presencia de polvo
No existe monitoreo de condicin de caminos
Fase #1
Definicin del problema
Fase #2
Solucin conceptual
Fase #3
Pruebas en campo,
validacin y conclusiones
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FASE 1 - DEFINICIN DEL PROBLEMA
Polvo fugitivo en caminos
de acarreo
Propiedades de los suelos (Humedad)
Transporte
Remediacin usual
Clima
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CRITERIOS DE XITO
Mnima emisin de polvo
Mejor condicin de caminos
Mayor rendimiento de camiones OHT
Tons/hora
Menos accidentes
Costo/Hora
+ Productividad
- Operacin &
- Mantenimiento
+ Seguridad &
Ambiente
Mnimo consumo de agua
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INDUCCIN A ESTUDIANTES
Curso corto: Introduccin a la minera
Estado del arte
Revisin de bibliografa y papers sobre el tema
Toma de contacto con la realidad; visita a cantera y a
mina de cobre
Entrevistas con personal de operaciones, seguridad y
control ambiental
Revisin de legislacin sobre control de polvo en
minas
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FASE 1 - DEFINICIN DEL PROBLEMA
Mina de Cobre
Cantera
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UTEC PROYECTO DE SOLUCIN
Revisar toda la bibliografa posible referida a monitoreo de polvo
Establecer un plan de desarrollo para el monitoreo
Definir validacin de solucin conceptual. Requerimientos del
monitoreo de polvo Basada en data medida
Instalado en un vehculo (plataforma mvil)
Monitoreo de polvo basado en emisividad Colector de polvo
(gravimtrico)
Medidor de concentracin de polvo
Pruebas de campo Cantera de cemento
Mina de Cobre, tajo abierto
Resultados Requerimientos de monitoreo
actualizado
Seleccin del mejor sistema
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FASE 2 SOLUCIN CONCEPTUAL
Fase #1
Definicin del problema
Fase #2
Solucin conceptual
Fase #3
Pruebas en campo, validacin y
conclusiones
De Un enfoque reactivo poco
sistemtico
A Una practica sistemtica y
preventiva
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FASE 2 SOLUCIN CONCEPTUAL
Fase #1
Definicin del problema
Fase #2
Solucin conceptual
Fase #3
Pruebas en campo, validacin y
conclusiones
Mantener buena condicin de camino con mnimo consumo de agua
Monitoreo de emisin de polvo para identificar segmentos que requieren regado. Se elaborara un mapa interactivo de ubicacin de
estas zonas. El ndice de emisividad ser el indicador para el manejo
optimo de la flota de regado
El proyecto contempla el uso de aditivos supresores de polvo con el objetivo de extender los periodos de regado. El periodo de efectividad
del aditivo supresor ser monitoreado en base a la capacidad de
emisin de polvo de una va tratada con este aditivo
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FASE 2 SOLUCIN CONCEPTUAL
Menor consumo de agua
Monitoreo
Aditivos Eficiente regado
Reduce la frecuencia de
regado, en consecuencia el
consumo de agua
Reduce el
consumo de agua
por mayor
eficiencia
Registrar la emisin del polvo en diferentes condiciones de sequedad o humedad de la superficie de rodado de las vas
Se riega
cuando es
necesario
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EXPLORANDO MTODOS DE MONITOREO
Monitor mvil con sensores para medir concentracin de polvo Mtodo
gravimtrico
con colector
de polvo
Sistema de monitoreo remoto de polvo
Posibilidades para integrar sistema
de monitoreo a sala de control
integrado de mina
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SISTEMAS DE MONITOREO CONSIDERADOS
Sistema de monitoreo
Sensores de polvo fugitivo
Difraccin por Laser
Colector de polvo
Sensor de ultrasonido
Scanner de rea
Mapeo satelital
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PROCESO DE PROTOTIPEO DEL COLECTOR DE POLVO
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METODOLOGA DE MONITOREO
Toma de muestras
Dispositivo de monitoreo en vehculo (Plataforma mvil) Medidor de concentracin de polvo a bordo
Registro y
Anlisis
Registro de data de muestras tomadas en intervalos de tiempo Registro incluye la locacin de los segmentos de va medidos
Bench mark
Se establece criterio para fijar el mximo nivel permisible de concentracin de polvo
En base a lo anterior se determina el benchmark para cada mina
Plan de accin
Se recomienda un programa de trabajo diario/mensual/anual para el vehculo de monitoreo
Se implementa sistema de reporte de emisividad de polvo (Mapeo) para identificar segmentos que requieren regado
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PRUEBAS DE COLECTOR DE POLVO
Colector de polvo Colecta muestras de polvo para
determinado segmento de va.
Procesamiento de muestras en
laboratorio es requerido
Monitor de concentracin de polvo
Instrumento para medicin en tiempo real DusMate (Instrumento comercial) Dispositivo no ha sido aun probado para
medir emisividad desde una plataforma
mvil y menos para aplicaciones en
caminos de acarreo.
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MONITOREO DE POLVO CON INSTRUMENTOS
Dado que no hay un patrn o estndar para la medicin de la emisividad de
polvo, vimos la oportunidad de introducir el concepto de emisividad basado en
la concentracin de polvo medido por una herramienta de monitoreo que da
lecturas en mg / m3 de polvo en suspensin generado por un neumtico de
cualquier vehculo que transita en caminos de acarreo
Definicin de ndice de
emisividad de polvo
Longitud de va
Emissivity level
Bench Mark
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ESPECIFICACIONES DE LOS MONITORES
Compact Optical Dust Sensor
sensitivity 0.1mg/m3.
Dimension (46 30 17.6mm)
Voltage operation 5-7V
Dust Collector
Measurement Grams
Dimension (40 x 60 x 80cm)
Voltage operation 12 V
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MONITOREO CON EL COLECTOR
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 50 100 150
Time (seconds)
Dust Density (mg/m3)
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MONITOREO CON EL SENSOR PTICO
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 50 100 150 200
Time (seconds)
Dust Density (mg/m3)
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FASE 3 PRUEBAS DE CAMPO Y VALIDACIN
Fase #1
Definicin del problema
Fase #2
Solucin conceptual
Fase #3
Pruebas en campo, validacin y
conclusiones
Consolidar pruebas iniciales con un mayor numero de muestras
Validar concepto con diferentes grados de humedad del suelo
Establecer benchmark de emisividad para un determinado terreno
Establecer efectividad del aditivo supresor en el tiempo
Determinar la metodologa de monitoreo para aplicar a cualquier condicin operacional.
Seleccionar el dispositivo o equipo de regado mas eficiente
Mayor velocidad de regado
Mayor rea regada por litro de agua gastada
Elaborar mapa de emisividad de polvo en base a monitoreo programado
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DISPOSITIVOS DE MONITOREO A BORDO DEL VEHCULO
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CAMIONES DE REGADO DE ALTA EFICIENCIA
CAT Water Delivery & Control
Systems use 85% less water/km
and cover six times the distance of
conventional trucks
Courtesy of CAT Inc.
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CAMIONES DE REGADO DE ALTA EFICIENCIA
Incremento de la eficiencia por nuevo sistema de control de aspersin y
sincronizacin con velocidad del vehculo
Sistema convencional CAT WDS
No controla flujo de agua Flujo no depende de la
velocidad del vehculo
Flujo controlable
Flujo depende de
velocidad de vehculo
No hay control sobre los
aspersores Aspersores con control
Fugas de agua No hay fugas de agua
Bondades adicionales del
sistema CAT WDS
Patrn de rociado
Interface de usuario
Control automtico de agua en base a: ancho de va vs. cantidad de
agua
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EVALUACIN DE LAS PRUEBAS DE CAMPO
Condiciones de las pruebas en campo
o Variabilidad del clima incluso en un solo da (Por viento)
o Rampas y curvas de las vas no permiten mantener una
velocidad constante del vehculo de monitoreo
o Lecturas de medicin alteradas por alta vibracin del vehculo
debido a la rugosidad de la superficie de la va en algunos
segmentos afecto al colector significativamente
Recomendaciones
o Rangos de lectura de medidores de concentracin de polvo
deben alcanzar los 20 mg/m3
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RESULTADOS CON EL COLECTOR
Principales observaciones
o Alta variabilidad de lecturas de muestras
o Las condiciones del terreno y la instalacin del colector a
bordo y el suministro inestable de energa no permitieron
obtener lecturas confiables
o La alta vibracin del vehculo de monitoreo afecta el ensamble
del colector a bordo.
Lecciones aprendidas
o Se descarto el colector para continuar con el proyecto. Sirvi
para confirmar que es posible medir la emisividad de polvo.
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RESULTADOS CON EL SENSOR PTICO
Principales observaciones
o Gran variabilidad de la lecturas
o Limitaciones del sensor para obtener el rango de lectura de
concentracin de polvo
Lecciones aprendidas
o Se confirmo la validez del concepto de emisividad en diferente
calidad de suelo de las vas.
o Se descarto el sensor ptico y se requiere continuar con un
monitor de concentracin de polvo de mayor rango de lectura
(10 -30 mg/m3)
o Se requiere autonoma en suministro de energa al monitor.
Una batera ion-litio recargable con capacidad para un periodo
de 4 horas es suficientE
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MONITOR DE CONCENTRACIN DE POLVO
0.1 mg/m3
20 mg/m3
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MONITOR DE CONCENTRACIN DE POLVO
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COSTO DE REGADO CON AGUA MINA A TAJO ABIERTO
DATOS DE OPERACIN DE OPERACIN CON MONITOREO Y
ADITIVOS
Longitud total de vias regadas 17,000 mts
Ancho de via 30 mts
Area total regada 510,000 m2
Consumo actual agua 239 m3/da
Horas promedio operacion cisternas 120 hrs/mes
COSTO DE REGADO CON MONITOREO Y ADITIVOS
Costo agua de riego 0.13 US$/m3
Costo agua de riego/da total 31.00 US$/da
Costo de operacin de cisternas (US$
71.0/hr) 254 US$/da
Costo mantenimiento cisternas (US$
30.3/hr) 108 US$/da
Costo aplicacin aditivo y monitoreo 3,123 US$/da
COSTO TOTAL REGADO MINA 3,516 US$/da
COSTO ANUAL 1'054,894 US$/ao
DATOS DE OPERACIN CON RIEGO CONVENCIONAL
Longitud total de vias regadas 17,000 mts
Ancho de via 30 mts
Area total regada 510,000 m2
Consumo actual agua 3,413 m3/da
Horas promedio operacion cisternas 1,531 hrs/mes
COSTO DE REGADO CONVENCIONAL
Costo agua de riego 0.13 US$/m3
Costo agua de riego/da total 437 US$/da
Costo de operacin de cisternas (US$
71.0/hr) 3,624 US$/da
Costo mantenimiento cisternas (US$
30.3/hr) 1.547 US$/da
COSTO TOTAL REGADO MINA 5,608 US$/da
COSTO ANUAL 1'682,409 US$/ao
Ahorro anual estimado
US$ 627,515
Reduccin de costos
estimados Costo Mensual de agua 60%
Costo de operacin cisterna 75%
Costo mantenimiento cisternas 75%
Horas de operacin
promedio 75%
Ahorros adicionales en
mantenimiento de camiones
fuera de carretera
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LECCIONES APRENDIDAS
A lo largo de este proyecto , el grupo de estudiantes logra:
o Desarrollar habilidades de investigacin y de trabajo en equipo
para resolver problemas reales.
o Promover una interaccin con profesores de UTEC, empresas
proveedoras locales y extranjeras.
o Mejora en la comunicacin oral y escrita en idioma Ingls.
Este tipo de proyectos son importantes en educacin de la ingeniera.
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CONCLUSIONES
La emisin de polvo se incrementa por la sequedad del suelo de
los caminos de acarreo y por el transito continuo de los camiones
OHT.
La medicin de la concentracin de polvo por sensores es el
mejor mtodo para el monitoreo de la emisividad de polvo en
caminos de acarreo.
La medicin de la emisividad de polvo es un buen mtodo para
establecer un benchmarking o nivel de referencia para indicar
cuando conviene regar.
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PROCESOS EN ACTUAL DESARROLLO
Adquisicin de sensor medidor (tambin denominado monitor) de
polvo con un rango de lectura mayor .
Definir la posicin ptima del monitor para tomar lecturas
confiables.
Proponer y validar la metodologa para establecer un
benchmarking de la emisividad de polvo en base a las
caractersticas de cualquier mina individual.
Recomendar la inclusin de una camioneta de monitoreo en la
flota de supervisin de mina
Efectuar pruebas de regado de vas con cisternas de ultima
generacin
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SIGUIENTES PASOS
Desarrollar el mapeo de emisividad de polvo de una mina
mediante el registro en tiempo real de la data tomada por la
plataforma mvil que en la practica es un monitoreo continuo de
concentracin de polvo
El mapa de emisividad documenta variaciones espaciales de
emisividad a lo largo de cada segmento de va monitoreado
El mapa permite conocer los niveles de emisividad a travs de
todos los segmentos de va siguiendo una secuencia. Los niveles
de emisividad estarn catalogados por un cdigo de colores
Elaborar el mapa requiere sincronizacin con GPS y el registro de
datos
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MAPA DE EMISIVIDAD
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CONDICIN IDEAL DE LOS CAMINOS
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GRACIAS!!!
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24, 25 & 26 Junio
2 Julio
Noviembre 2015