Mejora del consumo eléctrico de bombas sumergibles en poza de rebombeo de mina de tajo abierto basado en el diseño de un sistema de control automático

Abstract

El proceso extracción de minerales en minas de tajo abierto, requiere de sistemas de bombeo para depreciar del nivel freático, y no retrasar los planes de minado por la presencia de agua superficial. Los sistemas de bombeo trasladan el agua subterránea fuera del tajo a las pozas de recolección, a través de algunas estaciones o pozas intermedias de rebombeo. La operación de las bombas, en el caso de las estaciones de rebombeo, no consideran el caudal de abastecimiento, y operan con un caudal superior al necesario, lo cual genera un alto consumo eléctrico y un sobre costo de operación. El propósito del presente trabajo de investigación comprende el diseño de un sistema de control automático para las bombas sumergibles en una poza de rebombeo, el cual regule la capacidad de las bombas, considerando el caudal de abastecimiento, con el objetivo de mejorar el consumo eléctrico de las bombas sumergible. Inicialmente, se recopila la información de los equipos de bombeo e instrumentación que comprenden el sistema de impulsión en la poza intermedia; luego se formula el modelo matemático del sistema y se establece la variable de control y la relación con el consumo eléctrico. A continuación, se diseña el lazo de control y se establecen las ganancias del controlador en base al modelo matemático. Finalmente, se realiza la simulación del sistema en la herramienta Simulink del programa Matlab, con la finalidad de analizar y comparar el consumo eléctrico del lazo de control propuesto respecto a los datos de consumo en campo.

The mineral extraction process in open pit mines requires pumping systems to depreciate the water table, and not delay the mining plans due to the presence of surface water. The pumping systems move, the underground water, out of the pit to the collection ponds, through some re-pumping stations or intermediate ponds. The operation of the pumps, in the case of the re-pumping stations, doesn’t consider the supply flow, and operates with a flow higher than necessary, which generates high energy consumption and an additional operation’s cost. The purpose of this research work comprises the design of an automatic control system for submersible pumps in a re-pumping pond, which regulates the capacity of the pumps, considering the supply flow, with the objective of improving the energy consumption of the submersible pumps. Firstly, the information is collected from the pumping and instrumentation equipment that comprises the impulsion system in the intermediate pond; then, the system’s mathematical model is formulated and the control’s variable and the relationship with energy consumption are established. Next, the control loop is designed and the controller gains are established based on the mathematical model.