Chirinos, Hugo. “Mejora del proceso de transesterificación usando blendas: aceite de ricino y aceites residuales”
EDITORIAL Este año celebramos nuestros 25 años de actividad académica, formativa y de investigación, capacitando y asesorando en tecnología. Tecsup se creó con la convicción de que el desarrollo tecnológico es la base fundamental para la prosperidad del país, y por ello busca enaltecer a los profesionales destacados brindándoles oportunidades dentro de nuestra casa y promueve en ella las planes de progreso de los jóvenes peruanos. Estos 25 años han transcurrido en continuo crecimiento, siempre bajo los principios de la acción de excelencia en el servicio y la articulación con las empresas. Y así, siendo muchas las experiencias vividas con el orbe empresarial tanto en capacitación como en asesoría para el desarrollo de proyectos, desde hace tres años se mantiene el impulso por publicar en Tecsup nuestra revista I+i. Los proyectos han incluido temas tan diversos como procesamiento de minerales, automatización, materiales, gestión del mantenimiento, manejo de energía y organización de recursos humanos. Todos ellos desarrollados desde la perspectiva y las competencias de profesionales de muy alto nivel en una organización de ingeniería aplicada. Compartimos en este número de I+i algunas de las investigaciones y asesorías desarrolladas por nuestra comunidad académica en alianza con las empresas para atender las necesidades reales del sector productivo. Continuaremos, a través de este medio, impulsando la tecnología y la investigación aplicada para beneficio de nuestro país. Finalmente, en este número queremos rendir un sentido homenaje a quien en vida fue un gran impulsor, miembro del Comité Editorial y autor de investigaciones de la revista I+i, el Ing. Adolfo Marchese, quien nos deja grandes enseñanzas. Hasta siempre Adolfo.
Comité Editorial
Invest Apl Innov 3(1), 2009
3
Investigación aplicada de resinas de intercambio iónico para recuperar oro en soluciones cianuradas Applied research of resins ion exchange in order to recover gold from cyanide solutions Adolfo Marchese (†)
Resumen
the possibility of using resins ion exchange in order to recover gold from cyanide solutions.
La investigación aplicada tuvo como objetivo evaluar una nueva opción tecnológica para recuperar el oro disuelto a
The work method included the basic research with strong re-
partir de soluciones provenientes de cianuración de minera-
sins and synthetic solutions contained gold into cyanide, and it
les. Se investigó en el laboratorio, la factibilidad de utilizar re-
showed that resins absorb the complex gold-cyanide and the
sinas de intercambio iónico en la recuperación del oro conte-
performance was close to 99%. Afterwards we evaluated the
nido en las soluciones de lixiviación de minerales auríferos.
of recovery of gold from cyanidation of an auriferous concentrate, through the resin in pulp process (RIP); at the same time
4
La metodología de trabajo incluyó la investigación básica
the absortion in a bed of resins, previous solid-liquid separation.
efectuada con resinas de base fuerte y soluciones sintéti-
Research includes a comparison with the carbon in pulp process
cas de oro disuelto en medio cianuro. Se estableció que las
(CIP).
resinas adsorben el complejo aurocianuro con eficiencias próximas al 99%. A continuación, se evaluó la recuperación
The findings of the investigation showed the potential advan-
del oro disuelto en la cianuración de un concentrado aurífe-
tages of the RIP process over the CIP: the relative insensitivity
ro, mediante su absorción en resinas empleando el sistema
of resins to organic pollution and the better absortion of gold
de resina en pulpa (RIP), y, paralelamente, la adsorción en una
in comparison with activated carbon, therefore suggesting RIP
cama de resinas contenidas en columna, previa separación
process should be used for small plants.
sólido-líquido; se efectuó también la comparación con el sistema carbón en pulpa (CIP).
The conclusions of the experimental work shows is possible to apply the RIP process for cyanide pulp from concentrates, it
Los hallazgos de investigación demostraron que las ventajas potenciales del proceso RIP respecto del CIP, son la relativa insensibilidad de las resinas a contaminantes orgánicos y la
achieving an absorption level over than 98%.
Palabras claves
mejor absorción del oro en comparación con el carbón activado, sugiriéndose el proceso RIP para plantas pequeñas.
Resinas, intercambio iónico, proceso resina en pulpa, proceso carbón en pulpa, cianuración, absorción.
Las conclusiones del trabajo experimental demuestran que para el caso de pulpas cianuradas de concentrados de flota-
Key Words
ción, es factible aplicar el proceso RIP, lográndose niveles de absorción superiores al 98%.
Resins, ion exchange, resin in pulp process, carbon in pulp process, cyanidation, absorption.
Abstract
INTRODUCCIÓN
Applied research had the objective to evaluate a new technology in order to recover dissolved gold from cyanide solu-
En el plano industrial existen aplicaciones de diversos méto-
tions. In the laboratory, the research was oriented to evaluate
dos de recuperación de oro desde soluciones cianuradas, entre ellos el proceso Merril Crowe y el proceso carbón en pulpa. Sin
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Marchese, Adolfo.” Investigación aplicada de resinas de intercambio iónico para recuperar oro en soluciones cianuradas”
embargo, estos procesos tienen desventajas conocidas, direc-
La Figura 1 representa la estructura química de resinas de base
tamente relacionadas a la eficiencia de recuperación; en este
fuerte, destacándose la presencia del radical -SO3H en la resina
contexto, es necesario investigar nuevas opciones tecnológi-
catiónica y del grupo -NR2 en la resina aniónica.
cas usando productos alternativos. La tecnología de intercambio iónico que ha sido adaptada al La recuperación del oro en resinas de intercambio iónico es
proceso de cianuración de minerales auríferos, comprende tres
una tecnología emergente en países con mayor adelanto tec-
etapas: cargado, elusión y recuperación [2].
nológico; debido a la gran afinidad de las resinas por los aniones complejos de oro, el mayor problema es la recuperación
La etapa de carga consiste en utilizar una resina aniónica para
del oro de la resina, más que la recuperación en sí de los iones
remover el ión aurocianuro de una solución pregnant, cuando
aurocianuro.
esta solución clarificada es pasada a través de una cama de resina, o si la extracción se realiza directamente en la pulpa
Se tiene referencia acerca del ensayo de aplicación del pro-
cianurada (proceso RIP). Ejemplos de la capacidad de carga de
ceso resina en pulpa (RIP) en Sudáfrica, en una planta piloto,
diferentes resinas se presenta a continuación [3].
que sirvió para demostrar que los requerimientos mecánicos son similares a los del proceso carbón en pulpa (CIP); sin em-
RESINA
CAPACIDAD Kg Au/m3
bargo, en el aspecto químico se señalan ventajas del proceso
Amberlita IRA-400
7.0
RIP sobre CIP, como cinética más rápida, mayor capacidad de
Amberlita IRA-401
4.2
carga de oro, y menor consumo de energía en la elusión y
Dowex 1
5.2
regeneración.
Dowex 2
5.0
El interés de realizar la investigación aplicada se basó en emplear el sistema de resinas como alternativa técnica que compita con el uso de carbón, además se siguieron los siguientes objetivos:
5
1. Menores costos y simplicidad de los procesos de regeneración de las resinas. 2. El proceso de resinas podría mantener su eficiencia cuando entre en contacto con material orgánico que podría estar presente en la pulpa.
FUNDAMENTOS Las resinas de intercambio iónico, compuestas por moléculas polimerizadas a las que se han agregado grupos iónicos adecuados, según el trabajo a realizar. Así, las resinas designadas para intercambiar cationes deberán tener radicales como: -SO3H ó -COOH; y los intercambiadores aniónicos contendrán grupos como -NH2 ó -NR2, además del catión intercambiante.
Figura 1. Estructura química de las resinas
En toda resina debe considerarse las siguientes características [1]: • El producto debe ser completamente insoluble en agua o en el solvente. • Tener resistencia a la degradación por acción química. • Tener la porosidad adecuada que permita el paso de los iones comunes en su forma hidratada.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Mecanismo Químico del proceso de carga En la cianuración, el oro es disuelto formando un complejo aurocianuro aniónico Au(CN)2-, el cual es extraído de la solución por la resina gracias a un mecanismo de intercambio iónico.
Marchese, Adolfo.” Investigación aplicada de resinas de intercambio iónico para recuperar oro en soluciones cianuradas”
La presencia de otros grupos funcionales tiene efecto en la
PROCEDIMIENTO
eficiencia de absorción de la resina. Además, existe un efecto competitivo de algunos complejos de cobre [Cu(CN)4]-3 y
Investigación Básica
complejos de fierro [Fe(CN)6]-3, con el consiguiente desplazamiento del oro, afectando su capacidad de carga [4].
Existen diversas formas de evaluar resinas de intercambio iónico en el laboratorio, aunque la más generalizada es el empleo
La composición de la solución también afecta la carga de la
de columnas. En nuestro trabajo se simuló esta columna prepa-
resina; algunos cationes (Zn, Ni, Co) y aniones (CO3, Cl-, SO4-2)
rando una bureta adecuada.
se cargan en la resina, compitiendo con la extracción del ión complejo Au(CN)2-
Las resinas utilizadas fueron previamente lavadas en una solución de salmuera (10 g/L) durante 30 minutos, y a continuación
Una resina de base fuerte que contiene grupos funcionales
se carga en la columna para ser lavado con agua desionizada.
de aminas cuaternarias, extrae el complejo aurocianuro se-
La cama de resina se prepara manteniendo el nivel de líquido
gún la ecuación (5):
por encima del nivel de resinas, evitando que se puedan secar dentro de la columna.
: - NR3 X + Au(CN)2 :- NR3 Au(CN)2 + X Las resinas utilizadas en el trabajo experimental son aniónicas Donde el símbolo: - denota a la matriz de resina. Una resina de
de base fuerte y se las denomina comercialmente Amberlita
base débil contiene grupos funcionales de amina terciaria, y
IRA-420. La del tipo gel se empleó para la evaluación en colum-
en su forma libre no es cargable, requiere ser protonada pre-
nas, mientras que la de tipo reticular se utilizó para las pruebas
via a la extracción de los iones aurocianuro.
de resinas en pulpa. Ambas resinas tienen base poliestirénica y
Proceso Resina en Pulpa
su matriz catiónica, diferenciándose en el tipo de porosidad. En las pruebas de Investigación Básica las variables estudiadas
6
La técnica de resina en pulpa (RIP) se emplea, por lo general,
fueron: altura de la cama de las resinas, concentración de oro en
cuando se encuentran dificultades para la separación sólido-
solución sintética, flujo de irrigación, pH, medio alcalinizante y
líquido y, en particular, con contenidos muy finos de arcillas.
adición de salmuera.
Dependiendo de la densidad de pulpa, se tiene 2 sistemas:
Las condiciones y resultados de esta etapa se presentan en la Tabla 1.
a. Para pulpas diluidas, se trata de hacer pasar por impulsión a contracorriente la pulpa a través de una cama de resina.
Cianuración Experimental
b. Para pulpas algo más espesas se mezcla la pulpa con la
El mineral que se utilizó en la investigación aplicada es un con-
resina hasta lograr la saturación iónica de la resina, efec-
centrado aurífero obtenido por flotación que está compuesto
tuándose la separación por cribado.
por abundante pirita, marcasita y calcopirita. El oro está en forma nativa en finas inclusiones en la pirita, y además se determi-
El profesor Flemming [5] enumera los casos en que el empleo
nó que la tetrahedrita aporta los valores de plata.
de resinas puede ser atractivo para recuperar el oro en el tratamiento de minerales:
La composición química de este concentrado se presenta en la Tabla 2.
• Para materiales oxidados y/o arcillosos, e incluso en calcinas, por su naturaleza inherente en contenidos finos.
Previamente, se determinaron las condiciones óptimas para obtener las mayores extracciones de valores. Luego, se procedió a
• En el tratamiento de pulpas que contienen materias orgánicas disueltas.
acumular volumen suficiente (pulpa y solución) para las pruebas de absorción con resina.
• El tratamiento de pulpas que provengan de plantas de
La pulpa de cianuración del concentrado aurífero fue filtrada,
flotación y que contienen diversos reactivos en disolu-
obteniéndose una solución clarificada cuya composición quí-
ción (xantatos, espumantes, etc.).
mica es la siguiente: leyes en ppm, NaCN en g/L.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Marchese, Adolfo.” Investigación aplicada de resinas de intercambio iónico para recuperar oro en soluciones cianuradas”
RESINA
% NaCN absorbido
pH final
Concentración inicial
Au (ppm) final
Eficiencia Absorción Au
Carga Resina Au (gr/m3)
Altura (cm)
Peso (gr)
Flujo (cc/min)
1
25.5
10.5
5
97.3
9.5
10.70
0.35
96.7
177.5
2
26.0
10.7
5
96.6
9.6
19.30
0.37
98.1
318.5
3
26.8
10.9
5
96.0
9.5
32.35
0.21
99.3
498.7
4
27.0
11.0
5
97.3
9.5
47.90
0.12
99.7
781.8
5
12.5
5.2
5
98.0
9.4
10.23
0.13
98.7
349.6
6
12.5
5.2
5
94.0
9.5
19.30
0.34
98.2
656.3
7
12.6
5.3
5
93.5
9.6
34.70
0.25
99.3
1170.0
8
12.8
5.4
5
91.7
8.9
47.90
0.25
99.5
1560.0
9*
13.0
5.4
5
98.0
9.7
19.20
0.05
99.7
638.3
10**
12.5
4.8
5
93.4
9.2
91.30
0.12
99.9
3420.0
11
6.0
2.4
5
85.5
9.5
51.70
0.14
99.7
3867.0
12
3.5
1.4
5
69.0
9.8
54.80
0.24
99.6
7015.0
13
12.3
5.5
7.5
96.8
8.8
53.30
0.26
99.5
1735.0
14
12.5
5.4
10
96.0
8.9
49.10
0.13
99.7
1663.0
15
11.8
5.0
15
92.0
9.3
49.9
0.11
99.8
1792.0
16***
12.6
5.2
5
96.0
9.2
49.9
0.05
99.9
1724.0
Prueba
Observaciones: (*) No se lavó la resina con salmuera (**) La solución sintética se contaminó con reactivo orgánico (***) El medio alcalinizante de la solución sintética utilizado fue NaOH Tabla 1. Efecto de variables en la carga de oro en resinas a partir de soluciones sintéticas (nacn = 0.75 G/l) (ph: 10.5 Cal)
Cabeza Experimental (Leyes %, Ag y Au en Oz/TC)
7
Au
Ag
Cu
Cuox
7.30
17.35
2.84
0.07
As
Sb
Bi
Fe
0.28
0.007
0.16
37.60
Cianuración del concentrado aurífero: Condiciones
Concentrado (kg)
:
25.0
Granulometría
:
original
Sólidos (%)
:
30
Concentración NaCN (%)
:
0.15
Tiempo (horas)
:
48
Rango pH
:
11 – 10.7
Resultados
Au
:
90.9
Ag
:
25.4
:
3.26
:
3.67
Extracciones (%)
NaCN
Consumos (Kg/TM)
Cal
Tabla 2. Composición química y cianuración del concentrado aurífero
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Marchese, Adolfo.” Investigación aplicada de resinas de intercambio iónico para recuperar oro en soluciones cianuradas”
Au
Ag
Cu
Zn
As
95.5 103.2 297.5 460 9.55
Donde R es la estructura catiónica de la resina cargada del ión
Cianuro
Fe
pH
8.0
10.1 0.60 1.50
Libre Total
La solución clarificada sirvió para realizar pruebas de absorción en columna y los resultados se presentan en la Tabla 3.
Con el objetivo de investigar la recuperación de oro a partir de las pulpas de cianuración aplicando el proceso resina en pulpa, se efectuaron pruebas que simularon este proceso, estudiando inicialmente el efecto de la concentración de resina y el tiempo de contacto más adecuado. Las condiciones y resultados se presentan en la Tabla 4. Adicionalmente se realizaron pruebas comparativas entre los procesos CIP y RIP. Las condiciones y resultados se presentan en la Tabla 5.
químico de cobre, zinc y cianuro libre. Los resultados se presentan en la Tabla 3, del que se puede extraer las siguientes con-
• La resina de base fuerte utilizada no tiene selectividad para la extracción de oro, ya que por su fuerte cambio iónico tiene capacidad para absorber otros iones presentes. • La absorción de valores se incrementa con la mayor concentración de resina (mixtura de columna). • El flujo de irrigación, que representa el tiempo de contacto cidad de extracción de iones. • El efecto de la temperatura es significativo: a mayor tempe-
Investigación básica
ratura corresponde mayor carga.
Los resultados se presentan en la Tabla 1 y nos demuestran niveles de eficiencia de extracción de oro entre 98 y 99%. Se pueden establecer las siguientes observaciones:
• Al comparar las pruebas 3 y 10, se comprueba que la resina mantiene su eficiencia de carga, al trabajar con una solución con fuerte contenido de reactivos de flotación.
• La altura de cama de resina no influye en la absorción de oro, pero a menor altura se extrae menos cianuro de sodio.
• El pH de trabajo (pH = 10.2) no tiene incidencia en la carga de oro, lo que era predecible tratándose de una resina de base fuerte.
• La resina evaluada extrae el oro disuelto, tanto en concentraciones altas (100 ppm) como en concentraciones bajas (10 ppm).
Investigación Aplicada del Proceso RIP Los resultados de la Tabla 4, en cuanto a rendimiento de absor-
• La absorción del oro es independiente del flujo de irrigación; sin embargo, esta variable sí afecta la absorción del cianuro libre.
ción de oro, son destacables: La eficiencia se incrementa con un mayor nivel de adición de resina y alcanza un máximo de 98% con una concentración de resina de 17.5 g/L; en cuanto al tiempo de retención, los resultados demuestran que en 3 horas
• Respecto a la alcalinidad, la eficiencia es alta utilizando Cal o NaOH como medios alcalinizantes; con relación al pH, su valor decrece, dependiendo de la altura de resina y/o flujo de irrigación.
de contacto se obtienen una alta eficiencia de absorción de oro. Los resultados son tabulados y presentados en las Figuras 2 y 3. En la Tabla 5 se plantea una comparación entre los procesos RIP y CIP, respecto de la recuperación de valores con pruebas
• Para la absorción del cianuro libre se ha propuesto que ocurre la siguiente reacción genérica.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
absorción en columna, además de oro y plata, se efectuó análisis
de la solución con la resina, influye inversamente en la capa-
RESULTADOS
NaCN + R Cl
Con la solución clarificada que sirvió para realizar pruebas de
clusiones:
Proceso Resina en pulpa
8
cloro.
➜ NaCl
+ R
CN
realizadas en condiciones muy similares; de la interpretación de resultados se generan las siguientes conclusiones:
MArChEsE, Adolfo.” Investigación aplicada de resinas de intercambio iónico para recuperar oro en soluciones cianuradas”
• Con bajo nivel de adición de extractante, existe un rendi-
• La capacidad de carga de oro en la resina es mayor que en
miento similar de extracción, pero se establecen diferen-
el carbón activado, lo que es más notable cuando se trabaja
cias para una concentración de resina de 17.5 g/L y, en 3
con concentraciones altas.
horas de contacto, se observa una diferencia de 5% de eficiencia en favor de la resina de base fuerte.
• No se efectuó control sobre la absorción de plata en la resina, pero se estima que su eficiencia es mayor o igual que en
• Para altas concentraciones de cada extractante, los rendi-
el carbón activado.
mientos de absorción en oro son similares.
Figura 2. Proceso de resina en pulpa. Efecto de la concentración de resina
Figura 3. Proceso de resina en pulpa. cinética de absorción de oro
Invest Apl Innov 3(1), 2009
9
Marchese, Adolfo.” Investigación aplicada de resinas de intercambio iónico para recuperar oro en soluciones cianuradas”
CONCLUSIONES
[4] Deschenes, G. (1986). “Literature survey on the recovery of gold from thiourea solutions and the comparison with cyanidation”. CIM Bulletin, Volume 79, No 895
• La información disponible en la literatura técnica sobre el tema y del análisis de los resultados obtenidos en el trabajo experimental, permite destacar la opción de re-
[5] Fleming , C.A. (1982). “Some aspects of the chemistry of
cuperar oro de soluciones cianuradas con el empleo de
carbon-in-pulp and resin-in-pulp processes”. The Australian
resinas de intercambio iónico. La investigación realizada
I.M.M. Carbon-In-Pulp Seminar.
ha demostrado que resinas de base fuerte tienen una alta capacidad de absorción, pero baja selectividad para
[6] Ryan, Bredon. (1987). “Mintek researching RIP as an alternative to CIP”. Engineering and Mining Journal.
el oro, lo que hace posible la recuperación de otros elementos metálicos y la del cianuro alcalino, el cual podría ser recirculado a la lixiviación.
[7] Rohm and Haas Ion Exchange Resins. Laboratory Guide. Catalogue 1987.
• Al determinar la resina adecuada para cada caso específico, se estaría en presencia de un proceso que ofrece me-
[8] Banco Minero del Perú.
jores ventajas sobre el carbón activado, como la menor
“Cianuración por agitación de un concentrado aurífero
friabilidad y menor consumo energético en la elusión y
Informe 2162-LMC”. (Informe privado) octubre 1989.
regeneración. Para encontrar su total desarrollo y aceptación, es imprescindible demostrar una alta eficiencia de
ACERCA DEL AUTOR
elusión y solucionar el problema creado por el pequeño Adolfo Marchese García fue ingeniero
tamaño de las resinas.
metalúrgico. Magíster en Gestión Ambiental por la Universidad Politécnica
• El sistema de resinas al compararlo con el carbón activa-
de Madrid. Destacaba por su experien-
do, tiene algunas ventajas en favor de las resinas:
cia en el diseño del procesamiento de minerales auríferos y polimetalicos.
a) Las resinas pueden cargar 70% de su peso, mientras
10
que el carbón sólo 1.5% de su peso; por lo tanto, resulta menos costoso el transporte, manejo, inventario
Autor de veinticinco artículos técnicos
y almacenamiento.
sobre Mineralurgia, tecnología ambiental, coyuntura minera y capacitación en minería. Participó
b) Por su fuerte cambio iónico, las resinas extraen oro y plata más rápido que el carbón, lo que reduce las pér-
como ponente en seminarios y congresos sobre Mineralurgia y Metalurgia Extractiva, en el ámbito nacional e internacional.
didas de valores por competencia con otras materias carboníferas dentro del mineral.
Hasta hace muy poco se desempeñaba como Jefe del departamento de Química y Metalurgia de Tecsup y dirigía la carre-
REFERENCIAS
ra profesional Procesos Químicos y Metalúrgicos. Su reciente muerte es una gran pérdida para la comunidad académica
[1] Newell, Jaime (1959). “Introducción al Intercambio Iónico”. Revista Minería 30. Instituto de Ingenieros de Minas del Perú. [2] Jha, M.C. (1984). Recovery of gold and silver from cyanide solutions: A comparative study of various processes. Congreso I.S.P.M.R. Reno – Nevada. [3] Jarufe K., y Mucha N. (1980). “Avances en los métodos de recuperación de oro y plata de minerales auríferos”. XV Convención de Ingenieros de Minas – Trujillo.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
nacional.
Desarrollo y aplicación de un programa de entrenamiento basado en computador para operadores y mantenedores de una planta de electrorefinación Development and application of Computer Based training for operators and maintenance of a electroretinery plant personnel Víctor Salinas
Resumen
mación en visitas a terreno. Como KPI se utiliza un diagnóstico situacional de competencia, antes y después del entrenamiento.
El entrenamiento basado en computador (CBT) o también llamado instrucción asistida por computador (CAI), es un mé-
Este es considerado un proyecto piloto y el resultado será útil
todo de enseñanza alternativo y, algunas veces, más efectivo
para instituir el uso del CBT en otras unidades mineras.
que las prácticas de enseñanza-aprendizaje presencial, debido a que el estudiante puede trabajar solo, y puede determi-
Abstract
nar su propia velocidad de aprendizaje usando una amplia variedad de herramientas y métodos para la transferencia del
Computer Based Training (CBT), also named Computer Assisted
conocimiento. Dentro de las principales características del CBT
Instruction (CAI), is an alternative method for teaching and is
podemos mencionar que la enseñanza se torna personaliza-
sometimes more effective than face to face teaching learning
da y con realimentación inmediata, lo que permite prevenir
sessions, due to hta fact that the student can work alone and
errores en la dirección del aprendizaje, además permite una
can determine his own learning speed, using a broad variety of
cerrada colaboración entre las empresas, los entrenadores y
tools and methods for the knowledge transfer. The main cha-
los desarrolladores del CBT y una reducción significativa en
racteristics of CBT is that the teaching process is personalized
los costos, lo que permite el entrenamiento en tiempo justo,
with immediate feedback; this avoids mistakes in the learning
eliminando el gasto y perdida de horas de los trabajadores a
direction, furthermore allowing a closed collaboration between
consecuencia de los traslados al lugar de enseñanza; por otro
companies, trainers and CBT developers; not to mention and a
lado, la información generada es sostenible en el tiempo.
significant reduction in costs, that allows training just in time, rand eliminates the cost and waste of time that transportation
El uso del CBT hace posible una disminución del tiempo de
in movement to the training place involves. On the other hand,
entrenamiento a, aproximadamente, 70% de lo que llevaría
the generated is sustainable in time.
un entrenamiento presencial. Además, se da una ganancia de aprendizaje por encima del 50%.
Besides, the use of CBT allows a decreasing on the training time to nearly 70% of presence training with a learning gain of over 50%.
El objetivo del presente artículo es describir y presentar el desarrollo de un Programa de Entrenamiento Basado en Com-
The objective of this paper is to describe and show the deve-
putador para una Planta de Electrorefinación, aplicado a tra-
lopment of a Computer-Based Training Program for electro-
bajadores de 8 especialidades; lo que involucra el desarrollo
retinery Plant applied to workers of 8 specialties. This involves
de módulos de entrenamiento para el personal de operacio-
the development of training modules for this operations and
nes y mantenimiento. Para la elaboración de los descriptores
maintenance personnel. In order to design the curriculum of
de contenidos de dichos módulos, se realiza un análisis de los
modules, we realize an analysis of standards of competences,
estándares de competencia, tomando en cuenta el aporte de
taking into account suggestions from the head of each special-
las jefaturas de cada especialidad y el levantamiento de infor-
ty and information collected in place. As KPI, we use situational diagnoses of competences before and after the training.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
11
sALInAs, Víctor. “Desarrollo y aplicación de un programa de entrenamiento basado en computador para operadores y mantenedores de una planta de electrorefinación”
This is considered a pilot project and the outcomes will be
que el entrenamiento con videos interactivos hace posible una
useful to establish the use of TBC in other miner units.
mejoría en el nivel de comprensión por encima del 50%, finalmente, y reduce los costos hasta en un 35%.
Palabras claves
La Gerencia de la Planta de Electrorefinación ha realizado una CBT (Entrenamiento basado en computador), CAI (Instruc-
importante inversión en tecnología y equipamiento, y a pesar
ción asistida por computador), KPI (Indicador clave de des-
de sus múltiples esfuerzos por mejorar sus indicadores de ren-
empeño), Ds (hoja de datos), PoE (Procedimiento operacio-
dimiento y producción, se ha percibido que existe un problema
nal Estándar).
en las competencias de su recurso humano. se ha identificado aspectos como el conocimiento o experiencia en sus procesos,
Key words
impiden un estándar de competencia. En tal sentido, las labores de operación o mantenimiento tienen cargado un fuerte
CBT (Computer based training), CAI (Computer Assisted Ins-
aspecto subjetivo, según el trabajador. A causa de esto, se hizo
truction), KPI (Key Perfomance Indicator), Ds (Datasheet), PoE
necesario identificar las competencias claves de los trabajado-
(satndard operating procedures).
res, elaborar procedimientos operacionales y de mantenimiento estándares, además de y elaborar árboles de decisión para
INTRODUCCIÓN
atender fallas en procesos críticos; así como también, desarrollar escenarios preconfigurados para simular áreas criticas de
La metodología del Entrenamiento Basado en Computador
operación de su planta. Todo esto lleva a la Gerencia de Planta a
permite gozar de los beneficios de la interactividad de la mul-
asumir el reto de encargar a Tecsup un entrenamiento del Per-
timedia, de tal forma que los alumnos pueden leer, escribir,
sonal de la Planta de Electrorefinación usando Entrenamiento
escuchar, ver, debatir y hasta ejecutar tareas a través de entor-
Basado en Computador (CBT)
nos simulados. De acuerdo a los estudios realizados en CBTs multimedia interactivos, se ha registrado entre el 20 y 40% de
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
mejoría en la consistencia de entrega de la información y en-
12
tre el 50 y 60% de mejoría en la consistencia del aprendizaje,
A continuación se describe cada una de las etapas de
en torno al área de comprensión se logran registros de 38%
desarrollo.
a 70% de aumento en la velocidad de comprensión, mientras
ETAPAS DEL PROYECTO 1. Recopilación de información 2. Análisis preliminar 3. Elaboración de módulos del sistema CBT básicos TRAINING PROJECT
4. Elaboración de módulos del sistema CBT avanzados 5. Elaboración del Entorno Interactivo del Sistema CBT 6. Aplicación del sistema CBT 7. Entrenamiento simulado y análisis de fallas Figura 1. Etapas del proyecto.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
sALInAs, Víctor. “Desarrollo y aplicación de un programa de entrenamiento basado en computador para operadores y mantenedores de una planta de electrorefinación”
1. Recopilación de información
miento en el “conocimiento básico estándar” del proceso y es transversal para operadores de campo y operadores de
En esta etapa se recopiló información, consistente en
sala de control de la nave de Er (electrorefinación).
diagramas de flujo e instrumentación y manuales de operación del proceso, manuales de equipos principales,
La elaboración de los módulos de competencias básicas
tareas operacionales, descriptores de puesto, manual del
estándar se basó en los diagramas de flujo e instrumenta-
sistema sCADA e histórico de fallas.
ción de la nave, los manuales de operación de la planta y manuales de los equipos principales. (Ver figura 2).
2. Análisis preliminar se realizó el análisis funcional del proceso, de los equipos
5. Elaboración de Módulos Avanzados del Sistema CBT
principales, del control de proceso y de las tareas principales. Los módulos del sistema CBT para competencias específi-
3. Elaboración de Procedimientos Operacionales y de Mantenimiento Estándares
cas tienen por finalidad servir de herramienta de entrenamiento en el “conocimiento específico” del proceso, en lo referente al control del proceso y a las tareas operacionales. se desarrollaron módulos específicos para operadores
Los Procedimientos operacionales Estándar (PoE) fueron
de campo y para operadores de sala de control de la nave
elaborados previamente, tomando como referencia las
de Er, teniendo en cuenta el nivel de responsabilidad del
tareas de operación de la nave, entrevistas a operadores
puesto, las coordinaciones e interacción necesaria y los
clave sobre mejores prácticas operacionales y observa-
riesgos involucrados.
ciones “in situ”.
4. Elaboración de Módulos Básicos del Sistema CBT
La elaboración de los módulos de competencias específicas se basó en los manuales de los sistemas respecto a los procesos automáticos y a los Procedimientos operacionales Estándar (PoE) elaborados previamente para tal fin, tomando
Los módulos del sistema CBT para competencias básicas
como referencia las tareas de operación de la nave, entrevistas
tienen por finalidad servir de herramienta de entrena-
a operadores clave y observaciones “in situ”. (Ver Figura 3).
Figura 2. Módulos básicos del sistema CBT. Invest Apl Innov 3(1), 2009
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sALInAs, Víctor. “Desarrollo y aplicación de un programa de entrenamiento basado en computador para operadores y mantenedores de una planta de electrorefinación”
Figura 3. Módulos avanzados del sistema CBT.
6. Elaboración del Entorno Interactivo del Sistema CBT
• Paseo Virtual 3D narrado de toda la planta, lo que permite que el personal a entrenarse identifique los equipos que participan del proceso y el flujo de los materiales principales.
se elaboró el sistema de entrenamiento basado en com-
(Ver Figura 4).
putador (CBT) que muestra de manera objetiva y gráfi-
14
ca la información del proceso y sirve como herramienta
• Módulos Básicos y avanzados, que explican los procesos,
principal para el entrenamiento. ha sido desarrollado con
el principio de funcionamiento de los equipos así como la
una interfase de uso amigable que permite el acceso a la
descripción de sus sistemas y subsistemas. (Ver figura 5).
información de manera fácil y rápida, y ha sido diseñado para poder ser instalado y ejecutarse en la Intranet de la
• hoja de descripción del equipo, mostrando de forma gráfica
empresa con restricciones de usuario, asimismo, incluye
los riesgos asociados al equipo, sus especificaciones y docu-
un banco de preguntas referidas a los Módulos Básicos
mentando su información a través de las preguntas: ¿qué es
y Avanzados que permiten al usuario aplicar auto eva-
el equipo? ¿De qué consta ? ¿Cómo funciona? (Ver figura 6).
luaciones aleatorias para medir el nivel de avance en su entrenamiento (realimentación inmediata), permitiendo, según el resultado, el repaso de los contenidos.
• Hojas de datos, que muestran las características principales del equipo y fotos e imágenes de sus sistemas, partes y cuando es necesario cortes y secciones. (Ver figura 7).
Los ambientes del sistema se basan en los escenarios y pantallas de sala de control. El entorno interactivo de entrenamiento permite acceder a: • Los módulos del sistema CBT en competencias básicas y avanzadas. • Unidades de repaso en competencias básicas y avanzadas. • Data sheet de equipos principales (DS). • Hoja de descripción estándar de equipos (HDE). • Procedimientos operacionales estándar (POE).
APLICACIÓN DEL SISTEMA CBT El sistema CBT posee las siguientes opciones:
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Figura 4. Paseo virtual de la planta.
Salinas, Víctor. “Desarrollo y aplicación de un programa de entrenamiento basado en computador para operadores y mantenedores de una planta de electrorefinación”
Figura 5. Módulos de entrenamiento.
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Figura 6. Hoja de descripción del equipo.
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Salinas, Víctor. “Desarrollo y aplicación de un programa de entrenamiento basado en computador para operadores y mantenedores de una planta de electrorefinación”
Figura 7. Hoja de datos.
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Figura 8. Procedimientos de operación.
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Salinas, Víctor. “Desarrollo y aplicación de un programa de entrenamiento basado en computador para operadores y mantenedores de una planta de electrorefinación”
Figura 9. Animaciones
• Procedimientos de operación estándar, construidos a partir de flowsheets. (Ver figura 8). • Animaciones narradas que muestran el principio de fun-
• Planos. (Ver figura 11).
7. Entrenamiento simulado y análisis de fallas
cionamiento de instrumentos, equipos y sistemas y el circuito del flujo de materiales. (Ver figura 9).
Los escenarios se trabajaron a partir de las pantallas de la sala de control y del software SCADA. Ver Figura 12.
• Videos que muestran el principio de funcionamiento de algún equipo, o la operación del equipo en el proceso
DISCUSIÓN
con detalles, tales como calibraciones, ajustes, lubricaciones y otros. (Ver figura 10).
El entrenamiento estuvo dirigido al conocimiento del proceso y a la operación y mantenimiento de los equipos principales, incluyendo sistemas y subsistemas, así como también a la revisión de los procedimientos de trabajo y a la toma de decisiones en situaciones críticas para escenarios preconfigurados. Uno de los principales inconvenientes de esta tecnología es que, si bien se adapta para la transferencia de conocimientos (saber), encuentra serias restricciones para lograr el desarrollo de habilidades (saber-hacer); desventaja que pretende salvarse con el uso de simulaciones (escenarios preconfigurados), pero estos entornos simulados pueden resultar insuficientes y, como consecuencia, se hace necesario recurrir a prácticas en el lugar de trabajo. Por ejemplo, en el uso de una herramienta; lo mismo ocurre en la verificación de competencias a través de evaluaciones de desempeño.
Figura 10. Video.
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Salinas, Víctor. “Desarrollo y aplicación de un programa de entrenamiento basado en computador para operadores y mantenedores de una planta de electrorefinación”
Figura 11. Planos.
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Figura 12. Simulaciones.
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Salinas, Víctor. “Desarrollo y aplicación de un programa de entrenamiento basado en computador para operadores y mantenedores de una planta de electrorefinación”
El mérito de la aceptación de este programa de entrenamien-
• El entrenamiento en escenarios simulados preconfigura-
to está compartido por el uso del CBT y las clases presenciales,
dos permite la familiarización con el proceso y las tareas
ya que las encuestas de aceptación no discriminaron entre el
principales realizadas con los equipos; así como también,
uso de estos dos métodos, por lo que su uso combinado pue-
resolver acciones de emergencia en condiciones de proce-
de ser una buena alternativa para alcanzar velocidad y grados
so anormales.
de comprensión significativos.
RESULTADOS
• Cuando el entrenamiento está dirigido a un número considerable de personas, el costo de elaboración del CBT se justifica en comparación con los costos de un entrenamiento
El entrenamiento basado en computador fue aplicado a un
presencial.
total de 559 trabajadores entre Operadores y Personal de Mantenimiento y, como resultado, el diagnóstico situacional
• El entrenamiento basado en computador es una excelen-
de competencia tuvo un incremento del 52.2% al 80.5%; adi-
te aplicación para la formación previa de los entrenados,
cionalmente, se aplicó una encuesta final a todos los partici-
quienes luego deben cerrar las brechas de competencia a
pantes y fue del 90%. Los trabajadores encontraron el entorno
través del desarrollo de habilidades y destrezas en el pues-
del sistema bastante intuitivo e interactivo, lo que permitió
to de trabajo.
romper las barreras de la falta de motivación tan típica en sesiones de clase convencionales para trabajadores sin hábito continuo de estudio.
• El entrenamiento CBT no pretende reemplazar a los medios convencionales, ya que estudios han demostrado que no todas las personas son igualmente receptivas al uso del
La experiencia demostró que los entrenados podían revisar
CBT puesto que, el 40% de las personas aprovecha esta he-
muchas veces el material de las sesiones de clase, utilizan-
rramienta: son personas que prefieren aprender pensando,
do todos los recursos de multimedia disponibles en el en-
mirando y estudiando solos; mientras que el 60% se inclina
torno CBT, verificando con unidades de repaso su nivel de
por aprender a través de sus experiencias y de las experien-
comprensión y avance de los contenidos, haciendo uso de
cias de los demás, trabajando en grupos de discusión.
estaciones de trabajo instaladas en la planta o en cualquier computador del que pudieran disponer en su tiempo libre,
• El uso del CBT permite que los alumnos con conocimiento
gozando de la portabilidad de la información a través de la
parcial del proceso seleccionen los temas de su interés, ob-
disponibilidad del CBT en la intranet de la empresa o en ver-
viando aquellos que ya conocen.
siones monousuario. • El sistema CBT también sirve como entorno de gestión del El CBT estuvo también soportado por clases presenciales
conocimiento, ya que gran parte de la información necesa-
donde los entrenadores usaron como material de enseñanza
ria para las operaciones y el mantenimiento se encuentra
el entorno CBT. Codelco aplicó una encuesta a todo el uni-
centralizada y permanentemente actualizada en el mismo.
verso de operadores y mantenedores que participaron del entrenamiento y la aceptación fue del 90%.
REFERENCIAS
CONCLUSIONES
[1] Barajas, M. (2003). La Tecnología Educativa de la Enseñanza Superior, McGraw-Hill.
• El uso del sistema CBT permite reducir el tiempo necesario para la transferencia del conocimiento y aumentar el nivel de comprensión de los contenidos.
[2] Berrocal, F, y Pereda, S. (2006). Bases Conceptuales de Gestión del Conocimiento y Capital Intelectual. Madrid: Cepade.
• El ritmo de avance de estudio aumenta, debido a la disponibilidad y portabilidad de la información, ya que los
[3] Berrocal, F, y Pereda, S. (2006). Planificación, Implanta-
entrenados pueden disponer su tiempo libre para revisar
ción, Evaluación y Gestión Económica de la formación. Ma-
los contenidos.
drid: Cepade.
• El diseño de la herramienta CBT permite la actualización y mantenimiento de los contenidos en forma simple y transparente para el usuario.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
[4] Castro, M. (1996). El camino fácil a multimedia. Bogotá: McGraw-Hill.
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Salinas, Víctor. “Desarrollo y aplicación de un programa de entrenamiento basado en computador para operadores y mantenedores de una planta de electrorefinación”
ACERCA DEL AUTOR Víctor Martín Salinas Chacón es Ingeniero Electrónico, con segunda especialidad en Ingeniería de Sistemas y en Ingeniería de Proyectos. Especialista en Gestión de Recursos Humanos y con estudios de maestría en Organización y Dirección de Recursos Humanos. Posee amplios conocimientos y experiencia en Sistemas automáticos de control, Sensórica, Instrumentación Industrial, Gestión de Proyectos y Gestión de Recursos Humanos. Es Director Docente en Tecsup Arequipa.
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Invest Apl Innov 3(1), 2009
Simulación a nivel piloto del proceso de cianuración en pilas de un mineral aurífero oxidado Pilot simulation of the heap leaching process of an oxidate auriferous mineral
Jorge Castillo
Resumen
The cyanidation tests were executed in the facilities of Tecsup in Lima. Its design, set into motion and execution had the te-
Se presentan los resultados obtenidos en las pruebas de
chnical attendance of the consultant Fima Kappes, Cassiday &
cianuración en columna alta de un mineral aurífero de una
Associates of Reno, Nevada (USA). The pilot installation consists
Compañía Minera, ubicada en la zona norte de Perú, con la
of 1 column of concrete 7.47m. of height and 1.22m of diameter,
muestra mineral del yacimiento denominado “Superficie” y
which was loaded with approximately 10 tons of mineral. The
que contienen una ley promedio de 2.56 gr/TM de oro y 3.51
period of leaching with alkaline solutions of cyanide was a total
gr/TM de plata.
of 91 days.
Las pruebas de cianuración fueron ejecutadas en las insta-
The final results of the metallurgist study, demonstrate a 90 %
laciones de Tecsup (Lima), y para el diseño, puesta en mar-
gold extraction, with a consumption of 0.98 Kg/TM of sodium
cha y ejecución se contó con la asistencia técnica de la fima
cyanide and 0.33 Kg/TM of lime.
consultora Kappes, Cassiday & Associates de Reno, Nevada (USA). La instalación piloto consta de 1 columna de concreto
The results pilot obtained high column, will be good to evalua-
de 7.47m de altura y 1.22m de diámetro, la cual fue cargada
te, in reliable form, the effect of the important variables of ope-
con aproximadamente 10 toneladas de mineral. El periodo
ration, with that which will be able to be considered the profile
de lixiviación con soluciones alcalinas de cianuro comprende
of economic feasibility of the process.
un total de 91 días.
Palabras claves
Los resultados finales del estudio metalúrgico, demuestran una extracción de oro de 90%, con un consumo de 0.98 Kg/
Lixiviación en pilas, adsorción, solución enriquecida, solución
TM de cianuro de sodio y 0.33 Kg/TM de cal.
pobre
Los resultados piloto obtenidos en columna alta, servirán
Key words
para evaluar, en forma confiable, el efecto de las variables importantes de operación, con lo cual se podrá estimar el perfil de factibilidad económica del proceso.
Heap leaching, adsortion, pregnant solution, barren solution
INTRODUCCIÓN
Abstract La lixiviación en pila (heap leaching) es una técnica de extracWe presents the results are of the tests of cyanidation in high
ción del oro que consiste en la construcción de pilas del mine-
column of an auriferous mineral of a Mining Company loca-
ral previamente triturado al tamaño de algunas pulgadas. Cada
ted in the north area of Peru with the mineral sample of the
pila puede tener decenas de metros de longitud y tiene una
location denominated “Surface” and that they contain a law
base rectangular, con altura de hasta cien metros.
average of 2.56 gr/TM of gold and 3.51 silver gr/TM.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
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Castillo, Jorge. “ Simulación a nivel piloto del proceso de cianuración en pilas de un mineral aurífero oxidado”
Este mineral se dispone sobre una base impermeable con
mediante una reacción química que demanda oxigeno.
cierta inclinación hacia una esquina. El mineral es regado, mediante aspersores, con una solución cianurada con la cual
La forma de cianurar los minerales depende, entre otros
se recupera una solución aurífera, que es llevada a un tanque
aspecto,s de su contenido de oro y puede distinguirse entre
de almacenamiento (tipo piscina), desde ahí se bombea a co-
cianuración por agitación, que incluye la molienda fina para
lumnas rellenas con carbón activado en donde queda reteni-
materiales con leyes altas y la cianuración en pilas o heap lea-
do el oro. Tanto en el laboratorio como en la ejecución piloto,
ching para materiales de granulometría gruesa y de bajo con-
la simulación del comportamiento del mineral del proceso
tenido de oro.
se realiza en columnas altas y con las condiciones de trabajo similares al proceso industrial.
En el ámbito de pilotaje, la cianuración en pilas se lleva a cabo en columnas de gran dimensión que se llenan de mineral a la
La tecnología de la lixiviación en pilas para el tratamiento de
granulometría de trabajo y se hace pasar una solución diluida
menas auríferas, representa en la actualidad una alternativa
de cianuro, de esta manera el cianuro puede humectar las par-
probada para la recuperación de minerales de oro y plata de
tículas de oro y plata y disolverlas. La solución cargada de oro
baja ley. La lixiviación en pilas tiene ventajas muy significa-
que fluye hacia la base de la columna es puesta en contacto
tivas respecto a la lixiviación por agitación, la cual deman-
con una cantidad determinada de carbón activado que adsor-
da molienda del mineral. Recordemos que la molienda es
be los metales valiosos, y la solución descargada previamente,
la etapa que demanda el mayor consumo energético en el
reajustada con cal y cianuro, retorna a la columna con mineral.
procesamiento de minerales, por tanto la tecnología del heap
Después de sucesivas pasadas logrará extraer la máxima canti-
leaching implica bajos costos de capital y operación.
dad de oro y plata, y se dejará un residuo sólido.
A pesar de que esta tecnología produce grados de extracción
La reacción química que se manifiesta es la siguiente:
relativamente bajos y la cinética de operación es más lenta, sus ventajas operativas son las de posibilitar la extracción de
4Au + 8NaCN + O2 + 2 H2O = 4AuNa(CN)2 + 4NaOH
yacimientos auríferos marginales con bajos contenidos de oro.
22
Preliminarmente, es necesario efectuar pruebas de cianuración por agitación, a fin de determinar en condiciones muy contro-
Sin embargo, la posibilidad de aplicar las técnicas de extrac-
ladas el grado de extracción máxima del oro y el consumo de
ción adecuadas se deberá sostener, en gran parte, en pruebas
reactivos (NaCN, Cal).
de laboratorio y de planta piloto que demuestren la factibilidad del Proyecto.
La cianuración en columna alta se vera complementada con un circuito de adsorción con carbón activado, con lo que se conse-
EI estudio metalúrgico realizado comprende ensayo de cia-
guirá extraer gradualmente el oro de las soluciones ricas.
nuración en columna alta para un mineral aurífero de baja ley con el objetivo de evaluar el grado de extracción de oro y su
EI trabajo de investigación permitirá obtener información valio-
recuperación desde las soluciones lixiviadas con carbón acti-
sa como: grado de extracción, cinética de lixiviación, consumo
vado. También se evaluó parámetros importantes en el proce-
de reactivos, concentración de soluciones ricas y barren, pH de
so y se presenta el balance metalúrgico general.
operación, grado de adsorción, permeabilidad del mineral, etc., todo lo cual contribuirá al diseño y los estudios de factibilidad
De esta manera, Tecsup participa en los proyectos más rele-
del Proyecto.
vantes del sector minero, realizando trabajos de investigación metalúrgica, que permitirán proporcionar información en la toma de decisiones para las empresas mineras
PROCEDIMIENTO
FUNDAMENTOS
Análisis químico de la porción representativa
La cianuración de minerales es una técnica de lixiviación ac-
En vista de la dificultad que ofrece el oro a ser muestreado con
tual por la cual una solución diluida de cianuro en medio al-
certeza, por el tamaño tan heterogéneo del mineral, y con el fin
calino logra disolver el oro y la plata presente en un mineral
de determinar la ley de cabeza de ambas muestras
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Castillo, Jorge. “ Simulación a nivel piloto del proceso de cianuración en pilas de un mineral aurífero oxidado”
litológicas, se ejecutó el análisis de malla valorado del mate-
c) Un sistema de tubería plástica, que conecta los estanques
rial representativo que supone el análisis químico de cada
SR-2 (mezcla y bombeo) con una columna pequeña de car-
fracción retenida y calculo de la ley mediante un promedio
bón activado, y, desde allí, a los estanques SB-1 (solución
ponderado. Los resultados demuestran que la ley de oro es
barren).
de 2.56 g/TM y de plata 3.51 g/TM. Ver Cuadro N 1. o
d) Tres estanques plásticos SB-1 y tres estanques SB-2, respec-
Cianuración en columna alta:
tivamente conectadas en paralelo, en donde se efectúa el muestreo de la solución agotada barren, y se ajusta su
EI objetivo de la prueba de cianuración en columna alta es
contenido de reactivos (NaCN y Cal). De estos últimos, la
evaluar los parámetros de la cianuración en pilas, en condi-
solución con sus reactivos ya reajustados, se bombea nue-
ciones que se acercan al de una prospectiva pila industrial, en
vamente a la parte superior de la columna de lixiviación,
cuanto a altura y granulometría de mineral.
mediante bomba peristáltica de velocidad variable.
Es por ello que se procesará el mineral proveniente del ya-
Desarrollo de pruebas de cianuración
cimiento durante un tiempo de lixiviación determinado, y al término de la experimentación se obtendrá valiosa informa-
La metodología de la cianuración fue la siguiente:
ción que servirá de base en el balance de materia del proceso.
a. Diariamente se riega la columna con un volumen de solución barren de aproximadamente 300-320 litros, correspon-
Instalación de columnas y equipos
diente a un caudal de irrigación de 12 lt/h/m2 de superficie de columna.
EI esquema de la instalación aparece en la Figura No.1, y consta de una columna con sus respectivos circuitos. Las partes
b. Una vez medido el volumen y muestreada la solución sa-
son las siguientes:
liente pregnant, se bombea dicha solución a través de las columnas con carbón activado que adsorbe gran parte del
a. Una columna vertical formada por tres sectores de tu-
contenido de oro disuelto en la solución.
bería de concreto armado 48” (1.22 metros) de diámetro, con una altura de 8.17 pies (2.49m) por sector.
23
Dicha solución, después de la adsorción, es recibida en estanques, donde se mide su volumen, se muestrea para en-
b. La columna consta de una tubería plástica de drenaje,
sayar su ley de oro y plata, pH y contenido de NaCN, y se
con su respectiva bomba peristáltica de velocidad varia-
reajusta volumen y contenido de NaCN y cal, por adición de
ble, que conecta el fondo de la columna” con el grupo de
agua y de los compuestos respectivos.
estanques SR (Solución Rica) o pregnant.
Malla
Abertura (micras)
+6”
152,400
+4”
101,600
+3”
76,200
12.72
(%) Peso
Leyes (g/Tm)
Distribución (%)
Oro
Plata
Oro
Plata
9.38
2,58
18.65
2,05
6,38
9,46
17,05
2,70
15,19
14,58
2,81
4,40
13,97
15,95
+2”
50,800
11.84
1,99
2,48
9,21
8,37
+1”
25,400
19.27
1,83
2,35
13,78
12,93
+ 1/2”
12,700
10.84
2,54
3,00
10,76
9,27
+ 1/4”
6350
5.54
2,27
3,28
4.92
5,18
+10m
1700
4.16
2,90
3,20
4.71
3,79
7.30
6,31
6,20
18.0
12,90
100,0
2,56
3,51
100.0
100.00
-10m
Tabla 1. Análisis de malla valorado con muestra de mineral representativo
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Castillo, Jorge. “ Simulación a nivel piloto del proceso de cianuración en pilas de un mineral aurífero oxidado”
Figura 1. Esquema de operación de las columnas de cianuración
24
c. Mientras dura la circulación de la solución anterior por
Se suspendió la lixiviación cuando el control de la extracción
carbón activado y su reajuste de volumen y composición,
de oro del mineral, por soluciones entrantes (barren) y salientes
se pasa a través del mineral un nuevo volumen de solu-
(pregnant) indicaba un aumento de extracci6n menor que 0.01
ción.
g/TM durante dos semanas seguidas.
d. Cuando los ensayes de las soluciones pregnant y barren,
Después de suspender la adición de solución de cianuro y de
indican que las columnas con carbón activado están sa-
drenar el remanente de solución saliente, se pasó los volúmenes
turadas, y que la adsorción de oro en ellas se ha reducido,
respectivos de saliente por las columnas de carbón, de manera
se procede al cambio de carbón. EI carbón saturado es
que el contenido de oro del último carbón activado saturado
pesado, secado y muestreado, para controlar la extrac-
refleje el total del oro extraído del mineral, a excepción de las
ción de oro del mineral.
siguientes cantidades: oro en la ultima solución barren más oro en soluciones salientes de lavado y estruje final. Ver Tabla 2.
e. Diariamente se registran los ensayes de oro/plata y periódicamente los ensayes cobre/fierro de las soluciones.
Manejo de soluciones Los contenidos de oro y plata de la ultima solución barren (obtenidos durante el ultimo ciclo de lixiviación y estruje solución pregnant, después de su adsorción por carbón activado), forma parte del balance metalúrgico. Asimismo, los valores disueltos de oro/plata de las soluciones de lavado mas estruje final, serán sumados a los valores de la ultima solución barren, y, ambos, representen el item de “contenidos de oro/plata en soluciones” del balance.
Figura 2.- Pruebas preliminares de cianuración por agitación
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Castillo, Jorge. “ Simulación a nivel piloto del proceso de cianuración en pilas de un mineral aurífero oxidado”
Condiciones de la prueba\Inicio: 21.09 Final: 30.12 Columna: 24.5” pies x 48” ¢ Chancado: -8” Lixiviante: 600 ppm NaCN
Muestras: MINERAL AURIFERO
12 -48 2.56 (Promedio) 10512.76 0.371 10473.76 262.8 1.39 262.68 10913.67(Neto) 608.00 0.05%
Objetivo: Lixiviación en columna Flujo de irrigación (lt/h/m2) Etapa de curado (días) Diámetro de columna (Pulg.) Ley de cabeza oro (g/TM) Peso de mineral húmedo inicial (Kg) Porcentaje de Humedad Inicial (%) Peso de mineral seco inicial (Kg) Altura de mineral inicial (Pulg.) Densidad aparente inicial (gr/cc) Altura de mineral final (Pulg.) Peso de residuo seco (Kg) Volumen drenado (lt) (solución barren) Perdida de altura (%)
Tabla 2. Condiciones de operación de mineral
Tratamiento de ripios finales
EI criterio para cambiar de lote de carbón consistió en determinar el momento en el que la eficiencia de adsorción disminuyó
Descargado el ripio, fue ensacado y pesado “húmedo” en una
hasta menos del 50%. Ver Tabla 3.
balanza de plataforma, luego fue vaciado y extendido en el EI peso de los 10 lotes de carbón varió a lo largo del ciclo de
suelo, para secado al aire.
cianuración, en función de las observaciones que se hacía refeDespués de este secado, el total del ripio fue tamizado sobre
rente a la eficiencia de adsorción. Cada lote de carbón activado
mallas de 6”, 4”, 3”, 2”, 1”, ½” y ¼”, con lo que se obtuvo su com-
saturado, después de ser sacado del circuito y reemplazado por
posición granulométrica. El Cuadro N .3, presenta los ensayes
uno nuevo, fue “oreado” (secado al aire), pesado en estado orea-
del ripio, por mallas valoradas, y su promedio calculado.
do, muestreado cuidadosamente sacando muestras para deter-
o
minación de humedad y contenido de oro/plata.
Carbón activado saturado
RESULTADOS
La columna de lixiviación usó 10 lotes de carbón activado (denominados del C-1 al C-10) a fin de adsorber los metales
EI procedimiento para la elaboración del balance metalúrgico
nobles contenidos en las soluciones pregnant.
se explica a continuación:
Malla
Abertura (micras)
(%) Peso
Leyes (g/TM) Oro
Distribución (%)
Plata
Oro
Plata
+6”
152,400
4,60
0,18
3,0
2,83
8,43
+4”
101,600
22,30
0,31
1,1
23,63
14,98
+3”
76,200
10,58
0,29
2,8
10,49
18,09
+2”
50,800
14,94
0,27
1,8
13,79
16,43
+1”
25,400
19,64
0,28
1,6
18,80
19,19
+1/4”
6350
14,54
0,32
1,6
15,91
14,21
-1/4”
7,88
0,54
1,8
14,55
8,67
Residuo
100,0
0,31
1,637
100.0
100.00
Calculado Tabla 3. Análisis de malla valorado con ripios de mineral después de la cianuración
Invest Apl Innov 3(1), 2009
25
CAsTILLo, Jorge. “ simulación a nivel piloto del proceso de cianuración en pilas de un mineral aurífero oxidado”
a) Considerando la dificultad de obtener una ley de cabe-
Los detalles de estos resultados se presentan en el Tabla 4 .
za fiable, se optó por recalcular de acuerdo a la siguiente fórmula:
El grado de extracción de oro al final del proceso permite solubilizar el 90 % del oro total en el mineral, lo que deja un ripio
Oro en la cabeza = Oro en residuo + oro en carbón car-
con 0.31 g/TM de oro que representa un 10 % de oro. El balance
gado + oro en solución barren y solución de lavado.
metalúrgico por sólidos (cabeza mineral y ripios) permitió obtener una extracción muy similar al balance de soluciones lo
b) El oro extraído es igual al contenido de oro de los lotes
que refleja la confiabilidad de los resultados.
de carbón cargado más el oro contenido en la solución barren y de lavado.
Producto
26
Peso carbon seco (g)
Ley Au carbon g./kg
Recuper. parcial
Recuper. acumu-
giTm
lado giTm
% Recuper. oro
C-1
643.12
11.16
0.66
0.66
22.68
C-2
632.26
11.75
0.68
1.34
46.05
C-3
1189.91
4.23
0.46
1.80
61.86
C-4
2031.28
2.10
0.39
2.19
75.26
C-5
1289.94
1.43
0.17
2.36
81.10
C-6
1866.68
0.56
0.10
2.46
84.54
C-7
1932.89
0.26
0.05
2.51
86.25
C-8
1948.58
0.19
0.03
2.54
87.28
C-9
2258.17
0.05
0.01
2.55
87.63
C-10
2925.31
0.12
0.03
2.58
88.66
sol. Barren
0.01
2.59
89.00
sol. Lavado
0.03
2.62
90.03
residuo
0.31
Cab. Calculada
2.93
% Recuper.
90.03 Tabla 4. Balance metalúrgico por oro
Figura 3. Grafico de extracción de oro respecto al tiempo de cianuración
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Castillo, Jorge. “ Simulación a nivel piloto del proceso de cianuración en pilas de un mineral aurífero oxidado”
CONCLUSIONES
ACERCA DEL AUTOR
En proyectos de cianuración en pilas, es recomendable eje-
Jorge Castillo Migone es ingeniero
cutar previamente escalamientos piloto, como es el caso de
metalúrgico. Investigador en el área
la cianuración en columnas alta. La información a obtener en
del procesamiento de los minerales.
esta operación piloto servirá de base para el procesamiento
Con experiencia laboral en investiga-
de los minerales en el ámbito industrial.
ción metalúrgica y en plantas de beneficio de minerales. Estudios de es-
Los resultados del trabajo experimental en laboratorio (agi-
pecialización en Gestión Ambiental y
tación y columna) inicialmente han demostrado que la cianu-
Recursos Naturales. Ha participado en
ración en pilas es la metodología adecuada para la extracción
programas de capacitación y pasan-
de oro de los minerales del yacimiento. Al ser necesario un
tías en diversas Unidades Mineras en el Perú. Docente del curso
escalamiento en los parámetros de operación, se ejecutó la
Procesamiento de Minerales, consultor en el área de Servicios a
prueba de cianuración en columna alta, en la que se evaluó
la Industria, Capacitación Continua y Campus virtual en Tecsup.
el efecto simultaneo de la altura de la pila y el tamaño de mi-
Expositor en eventos organizados por Instituciones del sector
neral.
minero–metalúrgico nacionales e internacionales..
De esta manera, el balance metalúrgico indica que trabajando a una altura de columna de 6.7m, con mineral chancado con una ley de cabeza de 2.56 g/TM de oro, a menos 8 pulgadas, con un ciclo de irrigación de 91 días, se obtuvo una extracciones de 90.03 % del oro total, lo que demuestra que se trata de un mineral con buena porosidad y apto para ser tratado por cianuración en pilas.
REFERENCIAS 27 [1] Fleming, C.A. y Wyslouzil B.M. (1997)
Procesamiento de Minerales Auríferos.
Gold Workshop. Las Vegas, USA
[2] Kappes, Cassiday & Associates (1996)
“Final Metallurgical Testwork Bulk Addit Sample”
Lima, Perú. (Informe Privado)
[3] “Informes de Investigación Metalúrgica realizados en el departamento de Química - Metalúrgica Tecsup”. (20002008)
Lima, Perú. (Informes Privados).
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Ahorro de energía por control automático de máxima demanda Energy saving by maximum demand automatic control Rafael Vilca, Manuel Manyari
Resumen
and collects data by a power meter, that processes the associated data using Excel - OPC and takes action for connecting
El uso eficiente de la energía eléctrica y la auditoría energé-
or disconnecting predetermined loads by means of PLCs, ac-
tica ha tomado gran importancia en los últimos años, gracias
cording to the consumption variations during the observation
al ahorro en costos de producción que estas representan.
periods.
Auditoria energética consiste en la recolección de datos sobre el suministro y consumo de todas las formas de energía,
Palabras claves
con el propósito de evaluar y cuantificar las posibilidades de ahorro de esta. Un parámetro de medición importante es la máxima demanda que representa la potencia máxima consumida en un mes, la cual afecta de forma directa en el costo
Ahorro de energía, máxima demanda, OPC, Automatización.
Key words
de operación de un potencial cliente. Por lo antes expuesto, es importante un control de la máxima demanda y energía consumida para reducir los costos asociados al consumo de
28
energía eléctrica. En este trabajo se analizará las posibilida-
Energy saving, maximum demand, OPC, automation.
INTRODUCCIÓN
des de ahorro de energía logrado con el control de la máxima demanda, donde se implementa un sistema automático de
Debido al crecimiento industrial que ha experimentado nues-
control que adquiere datos mediante un medidor de energía,
tro país, el uso eficiente de la energía eléctrica ha tomado gran
procesa los datos asociados empleando Excel - OPC y toma
importancia por el ahorro en costos de producción que éstas
una acción de conexión o desconexión de cargas predeter-
representan en las empresas. Durante el período 2001-2008 la
minadas mediante PLCs, según las variaciones de consumo
demanda local aumentó en 32.2%, mientras que la oferta en
durante periodos de observación.
nueva generación solo creció en 11.3%, reduciéndose la reserva de manera significativa (aprox. 500 MW). La pérdida de la
Abstract
reserva eléctrica durante el mismo período de 50% a 30%, llega a menos de 10% en las horas punta, que se suman a las restric-
The efficient use of both electrical energy and the audit ener-
ciones en el suministro de gas natural a las centrales térmicas
getic has taken great importance in the last years, thanks to
en horas punta (18 a 23 horas) por la congestión en el gaseo-
the saving in production costs that these represent. Audit
ducto de Humay (Ica) a Lima, que tiene una capacidad máxima
energetic consists in the data collecting about the provision
de transporte de 290 millones de pies cúbicos. Esto representa
and consumption of all energy way, in order to evaluate and
un equivalente de 200 MW de menor generación a gas natu-
to quantify the possibilities of saving this one. An important
ral que se sustituye con los precios del diesel que cuesta entre
measurement parameter is the maximum demand that re-
20% a 25% más caro que el precio internacional del petróleo.
presents the maximum power consumed in a month, which
Por tanto, nos encontramos ante un leve problema energético,
affects directly in the operation cost of a client. Due to expo-
lo cual repercute en el consumo de los usuarios finales, hablan-
sed, a control of both the maximum demand and consumed
do específicamente del área industrial.
energy is important to reduce the associated costs to the electrical power consumption. In this paper, we will analyze
Toda industria tiene un contrato energético con las empresas
possibilities of energy saving with control of maximum de-
distribuidoras o generadoras de energía. Para ello cuentan con
mand, where an automatic control system is implemented
un contrato de máxima demanda estimada. Normalmente las
Invest Apl Innov 3(1), 2009
VILCA, Rafael, Manyari, Manuel. “Ahorro de energía por control automático de máxima demanda”
empresas no llevan un control de su máxima demanda y casi
de servicios, que muestran un consumo intensivo de energía e
siempre sobrepasan este límite establecido, por lo que se ven
inquietud de minimización de gastos en operación.
obligados de añadir un costo por exceso de consumo. Existen metodologías para el monitoreo y control de la máxiEl tiempo en que mayormente se dan estos casos de exceso
ma demanda en cumplimiento a la norma “Opciones tarifarías
son en la horas punta, pues es el momento en que la mayoría
y condiciones de Aplicación de las tarifas a usuarios final” (Osi-
de cargas ingresan en el sistema y el consumo es mayor, ade-
nerg No 236-2005 del 23-08-2005). Por lo que excederse en el
más es el momento en que la energía es más costosa, debido
consumo de la máxima demanda por un periodo mayor de 15
a que se insertan en el sistema interconectado, otras fuen-
minutos, implica un incremento de costo de facturación men-
tes de generación de menor eficiencia. Todo esto hace que
sual y que se mantendrá por un periodo de 6 meses.
la energía tenga mayor precio y también que las empresas se vean obligadas a optimizar sus sistemas para el consumo
Es de suma importancia el control de la máxima demanda y
de energía.
rechazo de carga automático a través de la implementación de un medidor de energía y enlazado a un PLC que opere la desco-
Auditoría Energética puede definirse como una actividad de
nexión de cargas preseleccionadas para que no sobrepasemos
evaluación independiente y de asesoramiento de la adminis-
la potencia máxima preajustada.
tración y de la técnica, centrada en el examen y evaluación de la adecuación, eficiencia y eficacia del consumo de todas
¿Por qué controlar la demanda?
las formas de energía, así como de la calidad del desempeño de las unidades en relación con la eficiencia energética y
La factura mensual de energía eléctrica tiene los siguientes cobros,
planes, metas, objetivos y políticas definidos para ésas. Uno
según la opción tarifaria: por energía consumida (común para
de la parámetros de medición de gran importancia en el aná-
todas las tarifas) por potencia consumida en su empalme (BT2 y
lisis de consumos energéticos es la máxima demanda, que
MT2), por la máxima demanda registrada (BT3, BT4, MT3, MT4).
representa la potencia máxima consumida durante un mes, la cual hará variar el promedio mensual de consumo y, como
¿Cómo se cobra la energía?
consecuencia, el cliente pagará un valor mayor si dicho promedio es elevado.
A continuación se realiza un ejemplo comparativo para un cliente BT3. Se ha tomado como supuesto que el perfil de con-
Por lo antes expuesto, es importante un control de la máxima
sumo de este cliente es el mismo durante todos los días del mes,
demanda y de la energía consumida para reducir los costos
según lo muestra la Tabla 1. La tarifa BT3 considera 3 cobros:
asociados al consumo de energía eléctrica. Por otro lado, las
Cargo fijo ($/mes), que es independiente del consumo; ener-
tendencias actuales de automatización pueden servir como
gía consumida ($/kWh), que corresponde gráficamente al área
herramienta de apoyo al control de máxima demanda en
bajo la curva de demanda, o sea, E[kWh]=P[kW]*T[h]; demanda
forma automática, a través del uso de PLCs y herramientas
máxima registrada durante todo el mes ($/kW/mes).
de intercambio de datos en entorno Windows como OPC. En este trabajo se analizarán las posibilidades de ahorro de energía y se aplicará el control de máxima demanda, imple-
Energía (kwh)
mentándose un sistema automático de control que adquiera
Dda. Máxima (kw)
Sin SCD
Con SCD
7,650
7,650
22
12
datos mediante un medidor de energía; procesa los datos a observar empleando una hoja de Excel y comunicación OPC para tomar una acción de conexión o desconexión de cargas predeterminadas mediante PLCs, según las variaciones de consumo durante periodos de observación y parámetros de configuración pre-establecidos.
FUNDAMENTOS El control de la máxima demanda para un ahorro de energía es principalmente importante en los sectores industriales y
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Tabla 1. Ejemplo de perfil de consumo en un cliente.
Al implementar el Sistema de Control de Demanda “SDC”, la energía consumida no varía, debido a que el consumo se puede redistribuir en el tiempo aplanando la curva de demanda. La potencia máxima demandada disminuye, ya que se limita a un valor predefinido por el usuario. En el caso del ejemplo se utilizó un valor máximo de 12 (Kw).
29
VILCA, Rafael, Manyari, Manuel. “Ahorro de energía por control automático de máxima demanda”
Los montos que la compañía de distribución eléctrica factu-
• Disminuyendo la máxima demandada en “horas de punta”.
rará, para el caso del ejemplo, por los conceptos antes mencionados son los siguientes, (Tabla 2):
• Supliendo la demanda con grupo generador o energía alternativa.
Precio total ($) Sin SCD
Con SCD
Ahorro (%)
De las opciones presentadas, se considera factible para el usua-
689
689
0%
rio la reducción de la demanda máxima dentro y fuera de “horas
166,036
166,036
0%
punta” mediante un sistema automático que permita registrar
Cargo fijo ($/mes) Energía ($/kwh)
los datos en línea sobre el consumo instantáneo de potencia y
Cargo demanda máxima ($/kw/ mes)
169,958
94,421
44%
336,682
261,145
22%
los 15 minutos.
TOTAL
Tabla 2. Montos de facturación del ejemplo presentado.
La ley establece que el “horario punta” del sistema se extiende desde las 18h00 hasta las 23h00 todos los días hábiles. En este horario se aprecia un aumento de demanda debido principalmente a los consumos de energía para calefacción e iluminación.
PROCEDIMIENTO Las tendencias actuales de automatización, tales como controladores e interfases de comunicación, fueron elegidas como herramienta de apoyo al control de máxima demanda de un circuito de motores en forma automática, a través del uso de un PLC CompactLogix L32E de Allen Bradley, el cual posee un puerto de comunicación Ethernet.
En cumplimiento a la norma “Opciones tarifarías y condiciones de Aplicación de las tarifas a usuarios final” (Osinerg No 236-2005 del 23-08-2005), se indica: para las opciones tarifarías MT3-MT4-BT3-BT4 el medidor registra la máxima demanda en “hora punta” y en “hora fuera de punta” por un
30
proyectar la demanda máxima para poder controlar antes de
periodo de 15 minutos y determina:
También se aplicaron herramientas de intercambio de datos en entorno Windows como Ole for Process Control, OPC, el cual permite el intercambio de datos en tiempo crítico entre aplicaciones Windows. La Figura 1 muestra un diagrama del sistema de control automático de máxima demanda implementado en el presente trabajo.
Potencia Activa de Generación (PAG). Es la máxima potencia consumida durante el mes de facturación en Kw. en hora punta o fuera de punta. PAG= Máx. Demanda Potencia de Distribución (PD). La facturación de potencia por uso de las redes de Distribución será determinada por el promedio de los dos valores más altos de la máxima demanda en los últimos seis meses incluido el mes actual que se factura. PD = (Máx. Dem.1 + Máx. Dem.2)/2 en un período de 6 meses. Es decir, a máxima demanda mayor será la facturación por potencia de generación y distribución y esta será facturada por un periodo de 6 meses. Se podrá disminuir la facturación de las siguientes formas: Figura 1. Diagrama del sistema de control de máxima demanda.
• Disminuyendo la máxima demanda en “horas fuera de punta”.
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VILCA, Rafael, Manyari, Manuel. “Ahorro de energía por control automático de máxima demanda”
Fue tomado como circuito experimental de monitoreo un
En las tareas del PLC se llevó a cabo la implementación de una
conjunto de motores trifásicos, los cuales representan una
lógica con señales comando al circuito de control de motores,
carga de 0 a 3.1 KW. El circuito de alimentación a los motores
específicamente a los contactores de 24VDC y 220VAC, lo que
depende de un sistema de mando por contactores de 220VAC
permite la conexión o desconexión de cargas progresivamen-
y 24VDC para el mando local y remoto (vía PLC), respectiva-
te, según el consumo de potencia instantáneo y proyección de
mente. El circuito de alimentación trifásica es monitoreado
máxima demanda en intervalos de tiempo, según Figura 4.
por un medidor de energía ELSTER, modelo A1500. Los datos del medidor son accesibles automáticamente a una plantilla de cálculo en Excel mediante la interfase de comunicación del medidor. En el medidor se realiza la proyección de demanda en “horas punta” y “horas fuera de punta” tomando el reloj de la PC durante periodos de observación establecidos. En dicha plantilla se pueden visualizar los principales parámetros de medida del medidor de energía, según Figura 2.
Figura 4. Gráfico de tendencias en RsView del diagrama instantáneo de cargas
RESULTADOS Empleando el sistema de control automático se consigue registrar los datos de la energía instantánea consumida, así como programar un sistema de supervisión sobre una red Ethernet, Figura 2. Aplicación en EXCEL de los parámetros del Medidor de Energía
teniendo acceso a los datos del medidor en un nivel superior de automatización. Se consideró la implementación, en el software
La plataforma de comunicación de la familia de PLCs Com-
de supervisión, de un gráfico de tendencias de las cargas ins-
pactLogix de Allen Bradley se encuentra en el Software Rs-
tantáneas, así como la programación de los límites de demanda
Linx, el cual permite la comunicación de PLCs su Servidor
permitidos (ver Figura 5), y los “horarios punta”. De tal forma se
Remoto OPC. Mediante el Software OPC DataHub se confi-
implementa un sistema de control de máxima demanda con
guró un Bridge OPC entre Excel y RsLinx, (Según Figura 3),
flexibilidad de configuración hacia el operador del circuito, me-
que permite el intercambio de datos bidireccional entre el
diante el software de supervisión RsView.
PLC CompactLogix y la plantilla de monitoreo del medidor radicada en Excel.
Figura 5: Pantalla de supervisión en RsView del sistema de control de máxima demanda Figura 3. Configuración del Bridge OPC entre RsLinx y Excel implemen-
En el sistema de mando fueron realizadas diversas pruebas con
tado en OPC Data Hub
distintas cargas, respondiendo de forma eficaz a los paráme-
Invest Apl Innov 3(1), 2009
31
VILCA, rafael, MAnYArI, Manuel. “Ahorro de energía por control automático de máxima demanda”
de configuración dados, donde el sistema desconecta cargas gradualmente en dependencia del circuito asociado con el fin de no interferir en la operación del proceso. El tiempo de respuesta del sistema de control de demanda es despreciable, luego del cálculo de la demanda proyectada según los datos adquiridos, (ver Tabla 3). Cabe destacar que la actualización de datos enviados desde el medidor hacia el sistema de control fue establecida a un tiempo de refresco de 1 min, tiempo suficiente para el procesamiento de datos de acuerdo a los intervalos de observación de 15 min para la máxima demanda.
Agradecemos el apoyo brindado a los estudiantes de Electrotecnia Industrial: sadin Valdivia, oskar Basurco, Miguel Yáñez y Guillermo Vivanco, ya que sin ellos no hubiera sido posible el desarrollo del presente trabajo.
REFERENCIAS [1] “opciones tarifarías y condiciones de Aplicación de las tarifas a usuarios final”. norma osinerg no 236-2005. Ministerio de Energía y Minas. [2] GÓMEZ, A. (2002) sistemas Eléctricos de Potencia, Pearson
Parámetro
Valor
Unidad
Voltaje Fase - neutro r
224.1
V
Voltaje Fase - neutro s
225.0
V
[3] MAnYArI, M. h. (2008). “Implementación de Controladores
Voltaje Fase - neutro T
225.5
V
en Matlab y PLC con Comunicación oPC Aplicado a Plantas
Corriente Fase - neutro r
0.487
A
Industriales”, Investigación Aplicada e Innovación I+i, TEC-
Corriente Fase - neutro s
0.501
A
sUP, Vol 2 no 2.
Corriente Fase - neutro T
0.490
A
Frecuencia
59.91
hz
Potencia Aparente
0.034
KVA
Potencia Activa
0.068
Kw
rafael Vilca es Master en Economía
Potencia reactiva
0.203
KVAr
con mención en Gestión Financiera
Prentice hall.
ACERCA DE LOS AUTORES
Empresarial e Ingeniero Mecánico Tabla 3. Valores instantáneos adquiridos del Medidor de energía,
Electricista. ha desarrollado diseño de
necesarios para la proyección de la demanda del circuito en un periodo
máquinas eléctricas, mantenimiento
de observación.
electromecánico en generadoras, lí-
32
neas de distribución y subestaciones
CONCLUSIONES
en Elecsur Industrial; fue residente electromecánico para el montaje de
• Es posible implementar sistemas automáticos de control
la planta evaporadora de leche El Alto de propiedad de GLo-
de máxima demanda usando las tecnologías existentes
rIA s.A., cuatro años como responsable de la elaboración y
en plantas industriales, tales como PLCs, medidores de
ejecución de los planes de mantenimiento de la maquinaria
energía y software compatible.
del Ministerio de Agricultura; expositor en el área de diseño y mantenimiento de sistemas de potencia en media y alta ten-
• Mediante estrategias de ahorro energético es posible disminuir costos de producción industrial de forma sencilla
sión. Actualmente es docente del departamento de Electrotecnia en Tecsup Arequipa.
y sin sustancial inversión adicional. Manuel Manyari es Ingeniero Electró• La implementación y explotación de las comunicaciones
nico y Master en Ciencias en Ingenie-
industriales es un punto importante en la integración
ría Eléctrica. ha presentado y revisado
de sistemas de control de un proceso industrial pues, en
artículos técnicos en eventos como:
ellas radica su flexibilidad y expansibilidad.
Conference on Control Applications 2007, American Control Conference 2008, InTErCon, entre otros. Desarrolló proyectos integradores para la Marina de Brasil, Petrobras y empresas mineras locales. Desde 2007, labora en TECsUP – Arequipa, está a cargo de cursos del Programa de Formación regular, Programas de Especialización y cursos a empresas industriales nacionales y extranjeras.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Innovación tecnológica en la fabricación de oxicloruro de cobre a partir de soluciones de lixiviación de minerales de cobre Technological innovation in the production of copper oxyclorure from leaching acid solutions Walter Montoya, Luis Sánchez
Resumen
Abstract
El objetivo de la investigación aplicada es determinar las con-
The objective of the applied research is to determine the
diciones de fabricación de oxicloruro de cobre, producto que
production conditions of copper oxychloride, product
se aplica en la agricultura como fungicida. Existen diversas
that is applied in agriculture as fungicide. There are di-
formas de su fabricación, tradicionalmente a partir de cha-
fferent ways to produce it from copper scraps materials;
tarra de cobre; el alcance del proceso de fabricación que se
the production process proposed is from solutions of lea-
propone es a partir de soluciones provenientes de lixiviación
ching acid of copper.
de minerales oxidados de cobre. The method was developed through an experimental La metodología de trabajo se desarrolló mediante un proce-
process in laboratory in three stages, using sodium chlori-
so experimental de laboratorio simulado en tres etapas, uti-
de, iron scrap and air the experimental work included the
lizando como insumos cloruro de sodio, chatarra de fierro y
determination of effects of acidity, time of reaction, NaCl
aire. El trabajo experimental incluyó la determinación de los
concentration and dosage of cement over the kinetic and
efectos de la acidez, tiempo, concentración de NaCl y dosifi-
performance of CuSO4 conversion to CuCl, for the first sta-
cación de cemento sobre la cinética y rendimiento de con-
ge of the process.
versión de CuSO4 a CuCl, para la primera etapa del proceso. En una segunda etapa se disuelve el CuCl en solución caliente de NaCl, evaluándose el tiempo, la temperatura y la concentración de la salmuera. El proceso concluye en una etapa de oxidación del CuCl para formar el precipitado de oxicloruro que es evaluado mediante pruebas de ciclo cerrado. Se determinan los efectos del circulante de CuCl y cemento, permitiendo comprobar la viabilidad técnica del proceso y
In the second stage, CuCl is dissolved into a hot solution of NaCl. We evaluated the time of reaction, temperature and concentration of sodium chloride. The process concluded with a stage of oxidation of CuCl in order to form the oxycloride that is evaluated in a locked cycle test. The effects of CuCl charge and cement are determined, allowing to probe the technical feasibility of the process and its advantages.
las ventajas con respecto de otros procesos en cuanto a los
The results obtained in the applied research are impor-
principales insumos necesarios.
tant to implement the process at an industrial level. The quality of the oxychloride is in average 55 to 58% Cu and
Los resultados obtenidos en la investigación aplicada sirven
16 to 18% Cl, with a size of minus 10 microns, complying
de base para la implementación del proceso propuesto en
with the specifications of the commercial product. Also, it
el ámbito industrial. La calidad del oxicloruro a producirse
has been calculated that 1 kilo of copper in solution gives
está en el orden del 55 – 58% Cu, 16 – 18% Cl, con granulo-
1.8 kilos of oxychloride, demanding 0.83 kilos of iron and
metría menor a 10 micrones, cumpliendo en este punto con
1.3 kilos of NaCl.
las especificaciones del producto. Además, se estima que por 1 kg de cobre en solución tratado se producirán 1.8 kg de
Palabras claves
oxicloruro, por lo que se requiere 0.83 kg de fierro y 1.3 Kg de NaCl.
Cimentación, lixiviación, conversión, pruebas de ciclo cerrado, pruebas discontinuas, precipitación, cinética.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
33
Sánchez Luis, Montoya Walter. “Innovación tecnologica en la fabricación de oxicloruro de cobre a partir de soluciones de lixiviación de minerales de cobre”
Key words
Este método consiste en diluir en agua caliente, a 82ºC, cristales de sulfato de cobre; luego se disuelve en cloruro de
Cementation, leaching, conversion, locked cycle test, batch
sodio para formar el cloruro cúprico (CuCl2). A esta solu-
test, precipitation, kinetic.
ción caliente se le añade roca calcárea (CaCO3) finamente pulverizada para neutralizar la acidez proveniente del sul-
INTRODUCCIÓN
fato de cobre y del cloruro de sodio, con lo que se alcanza un pH entre 3.5 a 4.0. Después, se inyecta aire a la pulpa,
La alternativa de producir sales de cobre a partir de la lixivia-
para producir la precipitación de cristales de oxicloruro de
ción de minerales oxidados ha sido planteada a los produc-
cobre. La pulpa se filtra a presión, luego se lava con agua
tores mineros en los últimos años a fin de aumentar el valor
caliente a 70ºC en el mismo filtro, finalmente se seca y se
agregado del mineral. En el orbe nacional las menas oxidadas
desmenuza para luego envasar con el fin de su comerciali-
de cobre son lixiviadas para luego producir cátodos, cemento
zación.
o sulfato de cobre.
guientes reacciones:
Con respecto a los yacimientos próximos a la costa, con relativa facilidad para conseguir cloruro de sodio y chatarra de
CuSO4 +
2 Na2SO4 + 3 CuCl2 + 2 CaCO3 ➜ 4 NaCl + 2 CuO . CuCl2 + 2
fierro, se plantea un proceso no convencional con el fin de producir oxicloruro, del cual se tiene antecedentes de estudio
➜ Na2SO4
+
CuCl2
El sulfato de calcio que aún acompaña al oxicloruro en el
papas, frutales, café y otros para combatir plagas de hongos.
filtro por ser soluble en agua, se elimina durante la opera-
La aplicación de este producto es fundamentalmente como
ción de lavado. El cloruro de sodio, que también está pre-
fungicida criptogámico para eliminar algunos microorganis-
sente como impureza por ser soluble, del mismo modo se
mos que atacan a los frutales, cafetales, semillas y cultivos
elimina en la operación de lavado.
de pan llevar, otro uso es como pigmento. El uso actual en el
34
2 NaCl
CaSO4 + 2CO2
en el norte de Chile. El oxicloruro tiene aplicaciones en los cultivos de hortalizas,
La fabricación del oxicloruro de cobre se basa en las si-
orbe nacional es reducido, aunque existe, principalmente, un
Con esta metodología se obtiene un producto de oxicloruro de cobre que contiene entre 17 a 19% cobre, porcentaje
mercado potencial de exportación al grupo andino.
bajo, debido principalmente a las reacciones químicas que intervienen, calidad de la caliza y restos de sulfatos y clo-
El presente artículo constituye un estudio para determinar la
ruros insolubles que quedan con el oxicloruro después del
viabilidad técnica del proceso, evaluándose las variables y el
filtrado.
diagrama de flujo que nos permiten estimar los resultados en un circuito continuo.
b) Metodología del Ácido clorhídrico
FUNDAMENTOS
metálico con ácido clorhídrico diluido a 60 g/L, mediante la inyección de aire comprimido para agitar la solución, lo
El oxicloruro de cobre es un compuesto cristalizado confor-
que permite acelerar la reacción. Cuando la solución alcan-
mado por: aCuO, bCuCl2, cH2O, en el que varía el valor de los
za un pH=3.0, se produce la precipitación de finos cristales
coeficientes a, b y c de acuerdo al procedimiento de fabrica-
de oxicloruro de cobre por la presencia de oxígeno sumi-
ción.
nistrado por el aire. La pulpa obtenida se filtra, el queque se somete a secado, se desmenuza, y luego se envasa para su
Los métodos de fabricación dependen fundamentalmente
comercialización.
de los insumos elegidos o disponibles. Los procesos convencionales que se trabajan en las plantas instaladas en Lima parten de virutas de cobre y emplean ácido clorhídrico. A
ciones:
bles y conocidos en el país.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
El método permite utilizar cobre electrolítico (chatarra limpia) y ácido clorhídrico, de acuerdo con las siguientes reac-
continuación resumimos brevemente los métodos disponi-
a) Metodología del Sulfato de Cobre
Este método consiste en hacer reaccionar retazos de cobre
4 Cu + 2 HCl + 2 O2 ➜ CuCl2 + 3 CuO + H2O
Sánchez Luis, Montoya Walter. “Innovación tecnologica en la fabricación de oxicloruro de cobre a partir de soluciones de lixiviación de minerales de cobre”
Esta reacción procede en medio ácido con pH menor a
CuSO4 + 2 NaCl + Cu ➜ 2 CuCl + Na2SO4 (1)
3, y si este pH mayor a 3, se produce la precipitación de cristales.
El cemento requerido para el proceso se produce de la reducción del CuSO4, remanente de (1) con chatarra de fierro que
2 [CuCl2 + 3CuO] + 7 H2O ➜ 6 CuO . 2CuCl2 .7 H2O
El oxicloruro de cobre que es insoluble en agua, al ser so-
complementa la primera etapa. Se filtra y se lava el cake de CuCl.
metido a filtración queda en la tela del filtro. El ácido clor-
b) La segunda etapa trabaja con el cake “CuCl - Cemento Co-
hídrico remanente queda en la solución y es eliminado
bre”. Consiste en una disolución caliente del CuCl con sal-
durante el filtrado.
muera de NaCl después del cual queda como residuo el exceso de cemento.
Con esta metodología se obtiene oxicloruro de cobre conteniendo entre 57 - 59% de cobre, porcentaje alto y
CuCl
+ NaCl
CuCl. NaCl
Luego de disolver, se filtra para obtener una solución rica
➜
(2)
de gran pureza.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
de CuCl, a fin de separar el cemento de cobre que continuará utilizándose en el proceso.
El procedimiento que presentamos es innovador respecto a los métodos tradicionales antes descritos, pues utiliza como
c) La tercera etapa consiste en la oxidación de la solución que
materia prima las soluciones obtenidas en los procesos de
contiene CuCl, empleando oxígeno del aire insuflado para
lixiviación y fue desarrollado experimentalmente.
formar el oxicloruro, que se separa por filtración.
En la Figura 1 se presenta un diagrama de bloques del proce-
so al que denominamos de “tres etapas”; una primera etapa,
6 CuCl
+
3 H2O
Cu(OH)2 CuC +
+
3/2O2
➜
3
2 CuCl2
el cobre presente como sulfato en la solución de lixiviación se convierte parcialmente a cloruro cuproso en presencia de
La solución que contiene el cloruro cúprico y cloruro de so-
NaCl y cemento de cobre, con quien comparte en 50% la con-
dio se utiliza para cerrar el circuito en la disolución, con lo
versión. El CuCl queda como un precipitado mezclado con el
cual ocurre una reconversión del CuCl2.
exceso de cemento de cobre.
CuCl2
+
Cu(cemento)
➜
CuCl
d) La etapa concluye con el filtrado y secado del oxicloruro al que se le debe añadir reactivos para mejorar su adhesividad a las plantas. La reacción general del proceso es:
CuSO4 +
3 Cu(OH)2 . CuCl
2 NaCl + 3 Cu + 3 H2O + 3/2 O2 ➜ + NaSO4
RESULTADOS Pruebas batch En el trabajo experimental se efectuó inicialmente la lixiviación en columnas, con solución de acido sulfúrico de un mineral oxidado que contiene 2% de cobre, del que se obtuvo soluciones cosechas con 43 y 20 g/L de cobre, que contienen impurezas de aluminio, zinc y fierro, principalmente. Figura 1. Diagrama del proceso de producción de oxicloruro
Invest Apl Innov 3(1), 2009
35
Sánchez Luis, Montoya Walter. “Innovación tecnologica en la fabricación de oxicloruro de cobre a partir de soluciones de lixiviación de minerales de cobre”
El equipo utilizado para la preparación del oxicloruro está
La concentración del NaCl, tiempo de disolución y proporción
constituido por planchas de calentamiento y agitación
de cemento, influyen en la segunda etapa, con lo que debe
magnética, agitador orbital de frascos, línea de aire compri-
mantenerse a un pH menor a 4.
mido y burbujeador, filtros a vacío y accesorios de vidrio.
Evaluación de Variables
Se efectuó una serie de pruebas discontinuas comparativas y secuenciales, para delinear las principales variables
Se seleccionan algunas variables que son de importancia para
del proceso. Los detalles se presentan en la Tabla 1.
el proceso planteado.
Los resultados obtenidos permiten apreciar que el proce-
Primera etapa
dimiento funciona igual para soluciones con 43 ó 20 g/L de Cu, con lo que se obtiene oxicloruro de composición
a) Influencia de la acidez en la conversión:
promedio de 58% Cu y 18% Cl y que corresponde, aproxi
madamente, a dos fórmulas del producto final:
Las soluciones ricas de lixiviación contienen ácido remanente en cantidades controlables en el desarrollo de la lixi-
• 3Cu(OH)2 . CuCl2
viación. Se efectuaron pruebas comparativas de conversión
con 59.5% Cu y 16.6% Cl
con contenidos de ácido sulfúrico de 3 hasta 50 g/L. • CuCl2 . 3CuO . 2H2O
con 55.1% Cu y 20.6% Cl
En la Figura 2 se muestra la variación del rendimiento de
Observamos, en el desarrollo de las pruebas, que la acidez
CuCl, a partir del Cu+2 inicial y la variación porcentual de la
inicial de la solución, la dosificación del cemento, tiempo
disolución adicional del cemento con respecto al Cu+2 ini-
de agitación, la temperatura, el pH, la granulometría del ce-
cial. Se observa que, con bajos contenidos de ácido libre,
mento, son algunas variables de consideración en la preci-
es mejor la conversión de CuCl, siendo menor la disolución
pitación de CuCl de la primera etapa.
adicional de Cu+2.
36 MUESTRA
PRUEBA BATCH o
N 1
o
N 2
No 3
No 4
No 5
Solución Lixiv. Cu (g/L)
43.00
43.00
20.10
20.0
20.10
Solución a cementacion Cu (g/L)
19.60
12.20
10.00
8.10
15.00
Solución de oxidación Cu (g/L)
8.70
9.40
12.50
19.90
5.00
Cu %
59.60
55.20
58.40
58.60
58.10
Cl %
23.00
17.70
16.50
16.80
16.90
% NaCl
6.0
5.4
7.5
2.5
2.5
Relación (Cuº/Cu+2 inicial)
1.2
1.1
1.0
1.2
1.5
Oxicloruro
CONDICIONES DE OPERACIÓN Etapa de Conversión
Tiempo de Agitación (horas)
2.0
2.0
2.0
2.0
0.4
Temperatura (ºC)
20.0
40.0
20.0
20.0
20.0
pH final
4.0
4.0
4.5
3.0
3.0
% NaCl
1.0
10.0
20.0
15.0
15.0
Tiempo de Agitación
2.0
2.0
2.0
2.0
2.0
Temperatura (ºC)
60.0
70.0
70.0
60.0
60.0
1.0
2.0
2.0
1.5
1.5
Etapa de Disolución
Etapa de Oxidación Tiempo aireación
Tabla 1. Resultados de pruebas batch de producción de oxicloruro
Invest Apl Innov 3(1), 2009
sánChEZ Luis, MonToYA walter. “Innovación tecnologica en la fabricación de oxicloruro de cobre a partir de soluciones de lixiviación de minerales de cobre”
35% 30% 25% 20% 15% 10% 5%
Cu ad. Dis/Cuº inicial
0%
Cu=1/Cu=2 inicial
10
20
30
40
50
H2SO4 (gr/lt) Figura 2. Influencia de la acidez en el rendimiento de conversión y en la disolución adicional del cemento.
se observa en las soluciones con un ph de 3, la formación
Por estequiometría del proceso se requiere convertir no
de otros compuestos de metales no deseados, en este
más del 30% Cu+2 (inicial) en la primera etapa, siendo el
caso de aluminio y fierro. En estas condiciones, se sugiere
porcentaje restante cementado a Cuº. Esta condición nos
trabajar con 5 a 8 g/L de acidez.
permite seleccionar los parámetros de R = 1.5 y el tiempo de agitación de 30 minutos.
b) Influencia del cemento de cobre c) Influencia de la concentración de naCl En la figura 3 se presenta el rendimiento de conversión de Cuso4 o CuCl, variando el tiempo de agitación de 0.5
En la Figura no 4 se aprecia la variación del rendimiento de
a 2 horas, para tres diferentes proporciones (r) de Cuº
conversión total con respecto al % naCl de la solución, para
como cemento respecto del Cu+2 inicial.
tres diferentes valores de r.
se puede apreciar que la cinética de conversión se incre-
La disminución del rendimiento, a partir del 3% de naCl,
menta notablemente con los mayores valores de r.
ocurre por la disolución del CuCl formado en el exceso de naCl. El valor de 2% naCl nos asegura la conversión con una mínima disolución en la primera etapa.
120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120
Tiempo de Agitación (min) Figura 3. Influencia de la relación Cuª/Cu+2 en el rendimiento y cinética de la conversión CuSO4 a CuCI Invest Apl Innov 3(1), 2009
37
sánChEZ Luis, MonToYA walter. “Innovación tecnologica en la fabricación de oxicloruro de cobre a partir de soluciones de lixiviación de minerales de cobre”
Segunda Etapa
circuitos de concentración de minerales. se aplicó esta técnica en el plano de frascos, para determinar el efecto de los circulantes de Cu(cemento) y de la solución de salmuera con cloruro
a) solubilidad del CuCl en salmuera
cúprico, en la calidad del producto final, por la formación de se efectuaron pruebas para determinar la curva de solu-
algún compuesto no detectado en las pruebas discontinuas.
bilidad del CuCl por solución de naCl a temperaturas de 20 – 80ºC, con y sin presencia de iones Cu+2 . Los resulta-
Los resultados y el diagrama se presentan en la Tabla 2 y en la
dos se presentan en las Figuras 5a y 5b.
Figura 6.
• Se observa que temperaturas entre 45 a 55 ºC son sufi -
• Observamos que la solución de recirculación en el quinto
cientes para disolver el cloruro cuproso que se estima
ciclo presenta una elevada concentración de cobre, lo que
formar en la primera etapa, manteniendo la concen-
manifiesta un desbalance del circuito y que es ocasionado
tración de 12 a 15% naCl.
por un tiempo insuficiente de agitación para la reconversión de CuCl2 a CuCl en la segunda etapa.
b) Tiempo de disolución: • En el tercer ciclo y siguientes se observa la tendencia a for• En las pruebas batch se observa que el tiempo de di-
mar un compuesto del tipo hidróxido en la superficie del
solución es rápido y no tiene mucha importancia a
cemento remanente durante el lavado, que se arrastra a la
temperaturas entre 50 y 70ºC, pues ocurre en menos
etapa de oxidación, impurificando al oxicloruro.
de dos minutos. Prueba No 2 • En la primera prueba cíclica se observa que el tiempo de disolución se tiene que ampliar unos minutos más
• Luego de evaluar todas los variables de la primera prueba
para la reconversión de CuCl2 y disolución del CuCl
cíclica, definimos las condiciones óptimas de operación,
formado se estima que 5 minutos son suficientes.
efectuando una segunda prueba de ciclo sin mayor modificación en el diagrama de flujos. Ver Tabla 3.
38
Pruebas de Ciclo Cerrado
• Se observa que el sistema tiende a lograr el equilibro buscado en el quinto ciclo, manteniéndose la solución de recir-
Prueba No 1
culación con contenidos de cobre no mayores del 50% de la carga al circuito, de acuerdo a lo esperado.
Luego de las pruebas batch, se efectuó una primera prueba cíclica, método comúnmente aplicado en la evaluación de
80% 70% 60% 50% 40% 30% 20%
R = 0.5
10%
R=1
0%
R = 1.5 1
2
3
4
Figura 4. Influencia de la concentración de NaCI en obtención de CuCI para diferentes relaciones (R)
Invest Apl Innov 3(1), 2009
sánChEZ Luis, MonToYA walter. “Innovación tecnologica en la fabricación de oxicloruro de cobre a partir de soluciones de lixiviación de minerales de cobre”
7 6 5 4 3
15.0% NaCl
2
12.5% NaCl
1
10.0% NaCl
0
7.5% NaCl 10
20
30
40
50
60
70
Temperatura ºC Figura 5a. Curvas de solucibilidad CuCI en Salmuera, sin iones Cu+2
6 5 4 3 15.0% NaCl
2
12.5% NaCl
1 0
10.0% NaCl 7.5% NaCl 10
20
30
40
50
60
70
Temperatura ºC Figura 5b. Curvas de solucibilidad CuCI en Salmuera, con iones Cu+2
CONCLUSIONES
• La calidad del oxicloruro a producir está en el orden del 55– 58% de cobre, 16–18% de cloro, con granulometría menor
• Se ha probado técnicamente, en operación experimental, el proceso de fabricación de oxicloruro de cobre a partir
a 10 micrones, cumpliendo en este punto con las especificaciones comerciales del producto.
de soluciones de lixiviación ácida de minerales oxidados, empleando como materiales principales la chatarra de fierro, cloruro de sodio y aire comprimido.
• Se estima que por 1 kg de cobre en solución tratado se producirán 1.8 kg de oxicloruro, requiriéndose 0.83 Kg de Fe y 1.3 Kg de naCl.
• Las principales difi cultades observadas están relacionadas con la inestabilidad química del cemento de cobre
• Ha sido probada la ventaja de la técnica experimental de
de recirculación, después de haber sido sometido a la ac-
evaluación por ciclos (locked test), de común aplicación en
ción del naCl. Esto exige un control del ph de la solución
Mineralurgia para suplir a los requerimientos de un equipo
del lavado.
de operación continua, permitiendo delinear mejor el circuito del proceso planteado.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
39
Sánchez Luis, Montoya Walter. “Innovación tecnologica en la fabricación de oxicloruro de cobre a partir de soluciones de lixiviación de minerales de cobre”
MUESTRA
PESO (g)
VOLUMEN (L)
LEY Cu
CONT. Cu (g)
% Rendimiento
Oxicloruro 1
8.53
56.40%
4.81
47.90
Oxicloruro 2
9.97
58.20%
5.80
58.30
Oxicloruro 3
13.10
55.20%
7.23
71.90
Oxicloruro 4
15.30
43.00%
6.58
65.50
Oxicloruro 5
13.17
54.00%
7.11
70.70
60.07
52.49%
31.53
0.53
37.50 g/L
19.88
79.20%
13.62
1.8
Relave 1
0.91
0.20 g/L
0.18
1.39
Relave 2
0.98
0.14 g/L
0.14
2.29
Soluc. Recirc. (Quinto Ciclo) Cemento
17.20
Relave 3
1.01
0.23 g/L
0.23
1.99
Relave 4
0.92
0.22 g/L
0.20
1.59
Relave 5
1.02
0.16 g/L
0.16
4.84
0.19
0.91
0.50
20.10 g/L
10.05
ALIMENTACIÓN Solución Lixiv./Ciclo
555.00
Cemento Inicial
12.50
96.00%
12.00
4to Ciclo
5.20
96.00%
3.00
CONDICIONES DE OPERACIÓN Primera Etapa: 2.5% NaCl, 1.2 R, 2horas agitación., 20ºC Segunda Etapa: 15% NaCl, 2 minutos disolución, 60ºC Tercera Etapa: 2 horas aireación Tabla 2. Resultados de prueba ciclica No 1
40
MUESTRA
PESO (g)
VOLUMEN (L)
LEY Cu
CONT. Cu (g)
% Rendimiento
Oxicloruro 1
6.50
56.50%
3.67
36.50
Oxicloruro 2
11.20
57.10%
6.40
63.70
Oxicloruro 3
14.30
55.40%
7.92
78.80
Oxicloruro 4
16.00
56.40%
9.00
89.60
Oxicloruro 5
17.20
55.80%
9.60
95.50
65.20
56.12%
36.59
12.90 g/L
5.03
90.00%
17.08
75.20%
5.26
0.20 g/L
0.17
Soluc. Recirc. (quinto ciclo) Cemento
0.39 18.98
Remanente Relave 1
0.85
1.69
Relave 2
0.93
0.12 g/L
0.11
1.09
Relave 3
0.89
0.15 g/L
0.13
1.29
Relave 4
0.91
0.11 g/L
0.10
0.99
0.94
0.15 g/L
0.14
1.39
4.52
0.14
0.65
Relave 5
ALIMENTACIÓN Solución Lixiv./Ciclo
555.00
Cemento Inicial
15.63
0.50
20.10 g/L
10.05
96.00%
15.00
CONDICIONES DE OPERACIÓN Primera Etapa: 2.0% NaCl, 1.5 R, 30 minutos agitación, 20ºC Segunda Etapa: 15% NaCl, 5 minutos disolución, 55ºC Tercera Etapa: 2 horas aireación Tabla 3. Resultados de prueba ciclica No 2
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Sánchez Luis, Montoya Walter. “Innovación tecnologica en la fabricación de oxicloruro de cobre a partir de soluciones de lixiviación de minerales de cobre”
41
Figura 6. Diagrama de pruebas cíclicas
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Sánchez Luis, Montoya Walter. “Innovación tecnologica en la fabricación de oxicloruro de cobre a partir de soluciones de lixiviación de minerales de cobre”
REFERENCIAS
ACERCA DE LOS AUTORES
[1] Muñiz Delgado, Juan. (1987). “Alternativas de solución
Luis Sánchez Zúñiga es ingeniero me-
para Cerro Verde. Proyecto Oxicloruro de Cobre en Mine-
talúrgico. Es investigador en el área
ro Perú”. Resúmenes del IV Simposium Nacional de Inge-
de procesamiento de los minerales.
niería Metalúrgica. Arequipa.
Tiene experiencia laboral en empresas mineras, focalizando su desarrollo
[2] Rodríguez Velarde, Jorge. (1988). “Producción de sales
profesional en la implementación de
de cobre: Una alternativa en el beneficio de los minerales
procesos metalúrgicos y supervisión
de cobre”. Convención de Ingenieros de Minas. Tacna.
de plantas concentradoras, plantas de cianuración y plantas de lixiviación de
[3] Montoya, Walter y Werner, Joseph. (1989). “Fabricación
minerales. Ha escrito artículos de su especialidad en la revista
de Oxicloruro de cobre a partir de soluciones de lixivia-
I+i. Sus áreas de interés son: hidrometalurgia del oro y diseño
ción de minerales oxidados”. (Informe privado). Lima.
de plantas metalúrgicas. Es consultor en Investigación Aplicada de los Servicios de la Industria Minera en Tecsup.
[4] Marchese, Adolfo. (2002). “Tecnología de la producción de sales de cobre”. Revista Minería (Ecuador). Cámara de
Walter Montoya es ingeniero meta-
Minería de Ecuador. Quito.
lúrgico. Tiene una muy amplia experiencia en la conducción, dirección y diseño de plantas concentradoras de minerales polimetalicos y en plantas de cianuración. Tiene amplia experiencia en el desarrollo de proyectos de implementación de las plantas metalúrgicas. Actualmente se desempeña como gerente corporativo en Hochschild Mining, te-
42
niendo a su cargo el proyecto de acreditación ISO 17025 de los laboratorios de las unidades mineras.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Mejora del proceso de transesterificación usando blendas: aceite de ricino y aceites residuales Improvement of the transesterification process using oils blend: castor oil and frying oil
Hugo Chirinos
Resumen
Abstract
El presente artículo presenta un método para mejorar los
This article reports a method to improve the parameters of the
parámetros del proceso de transesterificación para la fabri-
transesterification process for the fabrication of biodiesel from
cación de biodiesel usando blendas del aceite de ricino y
using waste frying oil and castor oil blends. The high viscosi-
los aceites residuales. La alta viscosidad del aceite de ricino
ty of castor oil difficults its transport because it needs very hi
dificulta su transporte, ya que necesita de bombas de gran
powered pumps, and the yield of metil ester from castor oil are
potencia, y los biodiesel fabricados a partir de él son de alta
o better quality, but its high viscosity exceeds the standard va-
calidad, pero, presentan altas viscosidades que sobrepasan
lue of quality biodiesel norm. On the other hand, the high acid
los valores recomendados por las normas de calidad. Por
index of frying oil produces low biodiesel quality. This study
otro lado, los altos índices de acidez de los aceites residuales
was aimed to find a synergy between castor oil and frying oil.
conducen a bajos rendimientos de los biodiesel producidos. Con la finalidad de encontrar un sinergismo entre estas dos
The blends methodology uses the mixture to raw materials.
materias primas, se realizó el presente estudio.
The fatty acids free and the fatty acids methyl ester from blends and original oils was analyzed. The blend and pure oils
Se utilizan técnicas de mezclado en ciertos porcentajes de
kinematics viscosity and the biodiesel from the transesterifica-
aceites residuales al aceite de ricino, con el fin de obtener
tion process were measured. This process which uses blends,
blendas. Para la fabricación del biodiesel, a partir de las blen-
provides 90% yield of methyl ester. The fatty acids free tolera-
das, se utiliza el proceso de transesterificación con metanol,
ble index regulated value was 3.5 mgKOH/g from raw mate-
usando KOH como catalizador. Se analiza el índice de esteres
rials. The biodiesel of castor oil viscosity decreases using blends
metílicos obtenidos de las blendas y de los aceites originales.
with very low percentage of waste frying oil and improved the
El cálculo del rendimiento de cada reacción se realiza en fun-
parameters process.
ción de los esteres producidos. Se complementa el análisis midiendo la viscosidad cinemática de las blendas y de los
Palabras claves
aceites puros, así como de los biodiesel producidos. Blendas, aceite de ricino, aceites residuales, biodiesel, transesLos resultados mostraron rendimientos superiores a 90%
terificación, mejoras de proceso, metanólisis, viscosidad cine-
cuando se utiliza el proceso de transesterificación de las
mática.
blendas. La padronización de las blendas mediante su índice de acidez es de gran importancia y llega a un valor máximo
Key words
de 3.5 mgrKOH/gr. Así se consigue disminuir la viscosidad de los esteres producidos, a partir de las blendas, con una
Blends, castor oil, frying oil, biodiesel, transesterification, pro-
mínima proporción del aceite residual; además, se mejoran
cess improvement, metanolysis, kinematic viscosity.
las condiciones de proceso.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
43
Chirinos, Hugo. “Mejora del proceso de transesterificación usando blendas: aceite de ricino y aceites residuales”
INTRODUCCIÓN
de ricino es el único aceite natural soluble en alcohol; además, es el mas denso y viscoso de todos los aceites vegetales y ani-
Los aceites vegetales y aceites residuales (AR) son sustan-
males y tiene el mayor porcentaje de oxigeno en su molécula,
cias grasas, de compuestos triglicéridos o no, presentes en
cerca de 5% más que los otros aceites. Al ser transformado en
organelas celulares de frutas o granos oleaginosos, que son
biodiesel, se comporta como combustible y comburente, y la
llamados cuerpos lípidos o esferosomos [1]. Además del uso
polución atmosférica es mucho menor [5].
alimenticio, los aceites vegetales son utilizados en la industria farmacéutica, química, cosmética o como materia prima
Con relación a los AR provenientes de los restaurantes y de las
de compuestos químicos de interés. Varios aceites sirven
cocinas populares, industriales y domesticas, en las que son
como materia prima para la producción de esteres metílicos
procesadas las frituras de alimentos como papas fritas y otros
de ácidos grasos (biodiesel).
tipos de frituras, estos representan un potencial de oferta sorprendente, que supera las más optimistas expectativas.
A pesar de los posibles beneficios ambientales en el empleo de los aceites vegetales como sustituto al diesel, existen
Los AR están constituidos, mayoritariamente, de aceite de soya,
barreras del punto de vista económico que motivan la bús-
el cual contiene un alto porcentaje del ácido graso linoleico,
queda de materias primas alternativas para la producción de
y es considerado una buena fuente en la producción de bio-
bio-combustibles [2].
diesel.
Dentro de las alternativas estudiadas, la reutilización de los
Para que el proceso de transesterificación resulte satisfactorio,
aceites residuales (AR) de procesos de fritura de alimentos es
los aceites deben poseer una mínima cantidad de ácidos gra-
atractiva, pues se aprovecha el aceite vegetal como combus-
sos libres, ya que pueden reaccionar con el catalizador alca-
tible después de haberse usado en la cadena de alimentos.
lino y formar productos saponificados, lo que hace disminuir
Así, se obtiene un segundo uso o, también, en una utilización
el rendimiento en la reacción de conversión. Los aceites pu-
alternativa a un residuo de la producción de alimentos [3].
ros encontrados en el comercio poseen bajo índice de acidez entre 0.5 – 3%. Para que la reacción sea completa, en la pro-
44
Se observa además que solamente un pequeño porcentaje
ducción de biodiesel se recomienda que la concentración de
de los AR son colectados para la fabricación de jabón o como
ácidos grasos libres sea inferior a 3%.
ración para animales, dado que la mayoría todavía se elimina a través del sistema de desagües o en basurales [4].
El objetivo del presente trabajo es evaluar el rendimiento de esteres metílicos (biodiesel) después de la reacción de transes-
En general, toda sustancia que contiene triglicéridos en su
terificación en los aceites de ricino y AR, así como también en
composición se puede usar para la producción de esteres.
las mezclas de estos (blendas) en varios porcentajes, con el fin
Pero, algunos factores pueden limitar la utilización de los AR
de hacer una comparación del mejor rendimiento del produc-
como materia prima. Estos son:
to final.
•
Sus características física y químicas.
PROCEDIMIENTO
•
La competitividad con otros usos (raciones para anima-
•
les, lubricantes, producción de derivados grasos, etc.).
Aceite de ricino puro se obtuvo de la empresa Bom-Brasil Acei-
Su costo y disponibilidad.
te de ricino Ltda. El índice de acidez (IA) del aceite de ricino
Además de lo mencionado, hay impurezas que no pueden ser eliminadas a través de la decantación o filtrado, como son los ácidos libres, polímeros y fosfolípidos, que pueden dificultar o, incluso, inviabilizar su aprovechamiento como combustible. La higuerilla (Ricinus communis L.) es una planta especial, originaria de clima tropical, posiblemente de Etiopía, África, con elevada capacidad de resistencia a la sequía. Posee 47% de aceite en algunas especies y es, actualmente, recomendada su plantación en las regiones áridas del Perú. El aceite
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se analizó por el método cuantitativo y fue de 0.76 mgKOH/ gr. Los AR se obtuvieron de las industrias alimenticias locales, los cuales fueron filtrados con la finalidad de disminuir las impurezas sólidas. El índice de acidez fue de 3.5 mgKOH/gr. se midieron los índices de acidez de las blendas. Se utilizó alcohol etílico P.A. (99%), NaOH, agua des-ionizada y fenolftaleina para el análisis. El KOH P.A. (85%), en la forma de pellets, y el alcohol metílico se utilizó para la reacción de alcoholisis. Los aceites de ricino y AR se mezclaron en una proporción de 25/75, 30/70, 40/60, 50/50, 60/40, 70/30, produciendo las blendas que serían analizadas. En seguida, se realiza la reacción de
ChIrInos, hugo. “Mejora del proceso de transesterificación usando blendas: aceite de ricino y aceites residuales”
transesterificación, tanto con los aceites originales como en
Determinación del IA en las Blendas
las blendas. Las muestras de biodiesel obtenidos de los aceites y de las blendas se analizaron con relación al IA y al rendi-
La ecuación 2 relaciona el IA de las mezclas aceite de ricino – Ar.
miento de esteres metílicos producidos, juntamente con su respectivas viscosidades.
IA =
IAm + ( IAo - IAm) (% M)
Reacción de metanólisis
(2)
100
donde IA, representa el IA de una cierta mezcla de aceite de La reacción de metanólisis se realizó en un reactor de 500mL,
ricino: ar; %M representa el porcentaje de aceite de ricino en la
en constante agitación y con sistema de calentamiento. se
mezcla, IAm e IAo representan los IA del aceite de ricino y del Ar
colocaron 200gr de aceite y se calentó hasta 75°C. La solu-
“puros”, respectivamente.
ción alcohólica se preparó en otro sistema, adicionando 20% en peso del metanol y en constante agitación se disolvió 1%
Determinación del índice de éster, IE
(p/p) de KOH. El IE se define como la masa de hidróxido de potasio, en miLa solución alcohólica se colocó en un embudo de adición.
ligramos, que se gasta en la saponificación de un gramo de
Cuando el sistema llega a la temperatura deseada, la solu-
muestra. En esta definición no se incluye la masa de potasio
ción alcohólica se adiciona al reactor, manteniendo el siste-
que se gasta en la neutralización de los ácidos libres presentes
ma en constante agitación durante 30 minutos.
en la muestra del biodiesel. El análisis se realizó determinando primeramente el IE de los aceites originales y, enseguida, del
El resultado de la reacción se transfiere a una pera de de-
biodiesel [1].
cantación. Después de un cierto tiempo, se observa la formación de dos fases. La fase superior que corresponde a los
se pesa 2gr de la muestra en un herlenmeyer de 60mL, se adi-
esteres metílicos formados y la fase inferior que contiene
ciona 5mL de alcohol etílico en constante agitación y, luego,
la glicerina.
2 gotas de fenolftaleína y se titula con una solución 0.1n de
Determinación del índice de acidez, IA
hidróxido de sodio hasta viraje de color de la solución. En la solución resultante de la titulación se adiciona 20mL de solución de hidróxido de potasio 4% y se calienta hasta ebullición en
El IA es la cantidad de hidróxido de potasio, en miligramos,
baño maria durante 30 minutos. Después, se adicionan 2 go-
que se gasta en la neutralización de los ácidos grasos libres
tas de fenolftaleina, y se titula con solución 0.5n de hCl hasta
presentes en un gramo de muestra [1].
que ocurra el viraje de color. se realiza una titulación en blanco
Determinación del IA en los aceites originales y en el biodiesel se pesa cerca de 2g de muestra en un herlenmeyer de 125mL y luego se adicionan 25mL de la mezcla éter etílico, alcohol etílico (2:1) en constante agitación. se adicionan 2 gotas de fenolftaleína y se titula con solución 0.1n de hidróxido de
donde estaban presentes todos los reactivos con excepción de la muestra. La diferencia entre el volumen de hCl que se gastó del blanco (Vb) y de la muestra (Va), se relaciona con la cantidad de hidróxido de potasio que se gasta en la saponificación de los ésteres presentes [1].
Determinación del IE en los aceites originales (ricino/AR) y en el biodiesel
sodio hasta la viraje de color. El IE se calcula mediante la ecuación 3: El IA se calcula mediante la ecuación 1: IA = V n 56.1
(1)
IE = (Vb -Va) n 56.1 m
(3)
m donde n es la normalidad de la solución de hCl y m es la masa donde V es el volumen de solución de naoh que se gasta en
de la muestra dada en gr. Los IE de los biodiesel provenientes
la titulación en mililitros, n es la normalidad de la solución y
de las blendas también se calculan de acuerdo con la ecuación
m es la masa de la muestra en gramos.
3. El rendimiento se determinó por la diferencia del IE del biodiesel con los respectivos IE del aceite correspondiente, dividido por el IE del biodiesel.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
45
ChIrInos, hugo. “Mejora del proceso de transesterificación usando blendas: aceite de ricino y aceites residuales”
Determinación del IE en las blendas
en el rendimiento del proceso de transesterificación.
se puede demostrar que la relación entre los valores del IE
Al analizar la Figura 2 se observa que los IA de los biodiesel
de las mezclas del aceite de ricino y del Ar se encuentra en
formados en la transesterificación son menores a los IA de
la ecuación 4:
los aceites y blendas. Esto sugiere que la mayor parte de los ácidos grasos presentes en el aceite bruto participaron de la IE = IEm +
( IEo - IEm) (% M)
reacción en la producción de ésteres metílicos. En las blendas
(4)
hay presencia de otros tipos de ácidos grasos procedente del
100
Ar, con cadenas menores a los de los ácidos recinoleicos, predonde IE es el índice de éster de la blenda de los aceites de
dominantes de la higuerilla. Por lo tanto, independiente de la
ricino y Ar, y %M es el porcentaje de aceite de ricino en la
concentración de las blendas, los IA de los biodiesel obtenidos
mezcla; IEm y IEo representan los valores del IE de los aceites
son prácticamente constantes.
de ricino y de Ar, respectivamente.
Análisis del IE
RESULTADOS Mediante la ecuación 4, se nota que habrá una relación linear
Análisis del IA
entre el IE de la mezcla y el contenido de aceite de ricino en la misma. En esta ecuación IEm representa la intersección de la
Con la determinación del IA en los aceites es posible verificar
recta con la línea de las ordenadas y la expresión (IEm - IEo)/100
si la reacción de transesterificación será satisfactoria, en el
representa el coeficiente angular de la recta.
sentido de no ocurrir la reacción de saponificación durante el proceso. La ecuación 2 calcula la acidez en las blendas y
La Figura 3 muestra que el rendimiento de éster metílico pro-
muestra que hay una relación linear entre el IA de la mez-
ducido varía proporcionalmente en las blendas con valores
cla y el porcentaje de aceite de ricino en la misma. En este
mayores de 90%. Por lo tanto, al usarse las blendas se obtuvie-
caso, IAm representa el coeficiente linear y la expresión (IAm
ron buenos rendimientos. De esta forma se obtuvieron mejo-
- IEo)/100 representa el coefi ciente angular de la recta.
res condiciones de procesamiento en la planta piloto con el
se observa, a partir de la Figura 1, que el Ar presenta IA, aproxi-
tener cuidado en el control del IA, fijando tolerancias, que en
madamente, 4 veces mayor que el aceite de ricino, con la cual
este caso sea el valor máximo de 3.5 mg KOH/g.
uso de el aceite de ricino. Cuando el aceite sea de Ar, se debe
46
se muestra que una mezcla entre esos aceites puede favorecer
Indice de acidez, mg KOH/g
4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 ricino
70/30
60/40
50/50
40/60
30/70
Aceites y blendas Figura 1. Valores del IA de los aceites bruto (ricino y AR) y sus blendas (ricino/AR)
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AR
ChIrInos, hugo. “Mejora del proceso de transesterificación usando blendas: aceite de ricino y aceites residuales”
Indice de acidez, mg KOH/g
4
aceite bruto biodiesel
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 ricino
70/30 60/40 50/50 40/60 25/75 30/70
AR
Aceites y blendas
Rendimiento de esteres metilicos, (%)
Figura 2. Valores del IA de los biodiesel obtenidos a partir de los aceites puros y de las blendas e IA de los aceites bruto.
120 100
47
80 60 40 20 0 ricino 70/30 60/40 50/50 40/60 25/75 30/70
AR
Biodiesel Figura 3. Rendimiento con relación a los ésteres metílicos formados.
Así, se concluye que es posible reutilizar los aceites degrada-
mm, variando la temperatura en el intervalo de 45°C hasta
dos juntamente con aceites puros para obtener buen rendi-
75°C. Los resultados se presentan en la Figura 4.
miento y aumentar el valor agregado de la materia prima.
Viscosidad de los aceites puros y blendas
se observa una disminución de la viscosidad del aceite de ricino, en tanto se mezcla con el Ar; de tal forma que para la blenda 70/30 esa disminución llega hasta 50% de diferencia. Esto significa que, por mínimo que sea el porcentaje de la mezcla,
Para determinar la viscosidad de las muestras se utiliza el
ocurrirán resultados significativos en la viscosidad con relación
viscosímetro otswald con diámetro del capilar de 150 y 300
al aceite de ricino. Además, la tasa de variación de la viscosi-
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Chirinos, Hugo. “Mejora del proceso de transesterificación usando blendas: aceite de ricino y aceites residuales”
dad, para bajas temperaturas, es dos veces mayor para las
La disminución significativa de la viscosidad del aceite de rici-
blendas de 70/30 y 50/50, lo que permite mayor control en
no, usando blendas aunque sea en mínimo porcentaje de AR,
el proceso.
además de mejorar las condiciones de procesamiento, produ-
Viscosidad del biodiesel a partir de las blendas y aceites
ce ésteres metílicos también de baja viscosidad. El biodiesel obtenido a partir de los aceites degradados, consigue mejorar sus propiedades con las blendas, lo cual permite
Las viscosidades de los biodiesel obtenidos a partir de las
dar mayor valor agregado a la materia prima reciclada.
blendas y aceites se determinaron en un intervalo de temperatura de 40 – 70°C. Los resultados se observan en la Figura
REFERENCIAS
5. La Figura 5 muestra que la tasa de variación de la viscosidad
[1] Vasconcelos, A. F. F., Godinho, O. E. S. (2002).“Uso de Métodos
del biodiesel, a partir del aceite de ricino, es alta a bajas tem-
Analíticos Conversionados no Estudo da Autencidade do
peraturas y se torna constante para altas temperaturas. Se
òleo de Copaíba”, Química nova, 25 (volumen) No 6b.
observa que la tasa de variación de la viscosidad del biodiesel, a partir de las blendas 60/40 y 70/30, es dos veces mayor
[2] Mittelbach, M. et. al. (1992). Production and Fuel Properties
a bajas temperaturas. Mientras tanto, para las blendas 50/50,
of Fatty Acid Methyl Ester from used Frying Oil. In: Liquid
40/60, 25/75 y AR puro, la tasa de variación de la viscosidad
Fuels from Renewable Sources. Nashville, Tennesse.
es constante en todo el intervalo de temperatura. [3] Anggraini-SÜß, A.A. (1999). Wiederverwertung von ge-
CONCLUSIONES
brauchten Speiseölenfetten im energetisch-technischen Bereich: Ein Verfahren und dessen Bewertung. (Tesis de
La obtención de biodiesel, a partir de blendas de aceite de
doctorado). Fortschr. Ber. VDI Série 15 no 219, Editora VDI.
ricino y AR, realizado en este trabajo, resulta en rendimientos
Duesseldorf.
mayores de 90% de los ésteres metílicos formados en la tran-
48
sesterificación, mostrando simplicidad en el proceso y facili-
[4] Mittelbach, M. & P. TRITTHART. (1988). “Diesel fuel derived
dad de separación de la glicerina. Es necesario mayor control
from vegetable oils, III. Emission tests using methil esters of
de IA de las blendas, estimando un valor máximo tolerable
used frying oil. JAOCS, Vol. 65, n° 7, (pp. 1185-1187).
del IA de la materia prima de 3.5 mg KOH/g.
Figura 4. Viscosidad cinemática, de los aceites puros y de las blendas.
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Chirinos, Hugo. “Mejora del proceso de transesterificación usando blendas: aceite de ricino y aceites residuales”
Figura 5. Viscosidad cinemática de los biodiesel a partir de las blendas y aceites puros.
[5] Ferrari, R.A.; Oliveira,V.S.; Scabio, A. (2002) Biodiesel de soja – Taxa de conversão em ésteres etílicos, caracterização físico-química e consumo em gerador de energia”, Química nova, v. 28 No 1.
49 [6] Peres, J.R.R.; Elias, F.J.; Gazzoni, D.L. (2005). “Biocombustíveis Uma oportunidade para o Agronegócio Brasileiro”. Revista de Política Agrícola, Año XIV No 1 (pp. 31 – 41).
ACERCA DEL AUTOR Hugo Chirinos es Ingeniero Químico con estudios de maestría y doctorado en tecnología nuclear. Ha Participado en el proyecto de Biodiesel del gobierno brasilero como investigador responsable (2005-2007) coordinando los experimentos de laboratorio y la implementación y puesta en marcha de una planta piloto multi propósito para fabricar biodiesel a partir de diversas fuentes oleaginosas. Se desempeña como profesor del programa Procesos Químicos y Metalúrgicos de Tecsup. Sus áreas de interés son: optimización de procesos químicos; reología y caracterización de polímeros; metodología de diseño factorial en experimentos, evaluación técnica y económica de procesos químicos, nanotecnología.
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Planeamiento operacional de transformadores de potencia: más allá de su capacidad nominal Operational planning of power transformers: beyond their nominal capacity Borsi Romero
Resumen
Key words
Un transformador de potencia —del tipo inmerso en aceite
Power transformer, overload of transformer, useful life of trans-
mineral— puede ser sometido a una sobrecarga permanen-
former
te sin que se reduzca su vida útil esperada, dependiendo de sus parámetros térmicos, el perfil del ciclo de carga y la tem-
INTRODUCCIÓN
peratura ambiente. La cuestión para el operador es, ¿hasta qué porcentaje puede sobrecargar un transformador en un
En la práctica operacional de sistemas eléctricos de potencia, se
caso particular?
observa que es usual operar los transformadores de potencia con un régimen de carga por debajo de su capacidad nominal.
50
El presente artículo resume un enfoque metodológico ba-
Algunos operadores tienen por política limitar la carga al 100%;
sado en normas y recomendaciones para la estimación de
otros, aún más conservadores, limitan la carga al 86%. En este
niveles de sobrecarga a las que pueden ser sometidos los
último caso la idea es contar con un margen de reserva que ten-
transformadores de potencia sin que su expectativa de vida
ga la capacidad para asumir cargas de subestaciones colindan-
se reduzca.
tes en caso de contingencias. El supuesto implícito en estos casos es que un transformador, operando en sobrecarga, estaría
Abstract
sacrificando su vida útil esperada (envejecimiento prematuro), lo cual no necesariamente es cierto.
Power transformer —mneral oil immersed kind— can work with a permanent overload without reducing its expected
Un transformador de potencia —del tipo inmerso en aceite
useful life, depending on its thermal parameters, load cycle
mineral— puede ser sometido a una sobrecarga permanente
profile and environmental temperature. The issue for the
sin que se reduzca su vida útil esperada, dependiendo de sus
operator is, until which percentage can you overload a trans-
parámetros térmicos, el perfil del ciclo de carga que alimenta y
former in a particular case?
la temperatura ambiente en la que se encuentra instalada.
The present article summarizes a methodological focus ba-
Un transformador de potencia no es solamente un sistema
sed on norms and recommendations for the estimation of
eléctrico diseñado para transmitir potencia entre distintos nive-
overload levels to which the power transformers can be sub-
les de tensión, es también un sistema térmico cuya implicancia
jected without expectation of life decreases.
tiene mucho que ver con su vida útil.
Palabras claves Transformador de potencia, sobrecarga de transformadores, vida útil de transformadores
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roMEro, Borsi. “Planeamiento operacional de transformadores de potencia: mas allá de su capacidad nominal”
Figura 1. ¿Hasta cuánto se puede sobrecargar un transformador?
FUNDAMENTOS
interior del transformador es clave para estimar su expectativa de vida.
Factores que afectan la vida útil de un transformador
Expectativa de vida de un transformador
En general, la vida útil de un transformador puede ser afectado por:
Factores externos:
¿Cuánto dura un transformador? ¿Tiene una vida útil nominal? realmente no hay norma ni fabricante que presente un valor nominal de cuanto dura un transformador. El envejecimiento de un transformador es un concepto relativo. obviamente su
• Corrientes de cortocircuito • Sobretensiones • Fenómenos transitorios
Factores internos:
duración dependerá de condiciones operacionales y de mantenimiento. En la experiencia norteamericana se ha observado que un transformador de potencia dura, en promedio, 40 años. Pero este dato por si solo no es un buen indicador. Una larga duración de transformadores, si bien subutilizados, no es sinónimo
• Diseño del transformador
de una buena gestión.
• Condición del aceite, tratándose de transformadores inmersos en aceite (contenido de humedad) • Condición del papel aislante (temperatura, humedad, contenido de oxigeno) • Sobreelevación de temperaturas en el interior del transformador
Una buena gestión del activo consistirá en maximizar la cargabilidad del transformador durante su vida útil. Este enfoque implica dos aspectos: • Defi nir cuándo se da por fi nalizada la vida de un transformador.
De los factores señalados, el elemento crítico es el papel ais-
• Contar con una herramienta que permita estimar y simular
lante. Prácticamente la vida útil de un transformador del tipo
el envejecimiento del papel aislante tomando en cuenta
inmerso en aceite se define en función del envejecimiento
sus parámetros térmicos, el perfil del ciclo de carga que
del papel aislante de la bobina. Dicho papel envejece en fun-
alimenta y la temperatura ambiente en la que se encuentra
ción de la temperatura y es muy sensible a las variaciones de
instalada.
esta. En consecuencia, conocer y predecir la temperatura del
Invest Apl Innov 3(1), 2009
51
ROMERO, Borsi. “Planeamiento operacional de transformadores de potencia: mas allá de su capacidad nominal”
Criterio de finalización de la vida de un transformador La IEEE Std C57.91-1995 (recogida también por la IEC 60076-
rrollado y las normas y recomendaciones de la IEEE e IEC sintetizan lo avanzado en este asunto.
NORMAS DE SOBRECARGA
2), sugiere la vida normal en horas del papel aislante según cuatro criterios. Estos valores corresponden al papel aislante
Tanto la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
tipo termoestabilizado a 110 °C de referencia.
como la IEC (International Electrotechnical Commission) ofrecen guías de carga para transformadores sumergidos en aceite
Vida normal Criterio El papel aislante retiene el 50% de
papel aislante Horas
Años
65 000
7,42
135 000
15,41
150 000
17,12
180 000
20,55
su resistencia a la tracción. El papel aislante retiene el 25% de su resistencia a la tracción. El Grado de Polimerización del papel aislante ha llegado a 200. Interpretación de pruebas de vida útil de transformadores de distribución. Se debe entender por “vida normal del papel aislante” que, operando el transformador a una carga plana al 100% con una temperatura ambiente de diseño constante, al cabo de 65 000 horas la resistencia a la tracción del papel aislante ha-
52
brá llegado al 50% de su valor como nuevo; de modo similar, al cabo de 135 000 horas la resistencia a la tracción habrá alcanzado el 25% de su valor inicial. En la práctica, muchos operadores dan por finalizada la operación de un transformador cuando su papel aislante ha llegado a un Grado de Polimerización de 200. Establecido este criterio se espera que un transformador, con papel termoestabilizado de 110 °C de referencia, dure 150 000 horas (17,12 años) operando con una carga plana al 100% en un ambiente con temperatura constante de diseño (30 °C). Sin embargo, en la realidad la carga no es plana, es cíclica con un periodo de 24 horas de duración y estacional con mayor demanda, por ejemplo en el verano. Asimismo, la temperatura ambiente es variable en el día y a lo largo del año. No obstante, en ciertos casos estas variaciones pueden ser una ventaja dado que se puede sobrecargar un transformador cuidando que los límites de sus parámetros térmicos no sean superados. Lo anterior implica la necesidad de contar con modelos matemáticos que permitan simular el comportamiento térmico de un transformador. Este tema ha sido ampliamente desa-
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mineral. En general, estas guías presentan tablas que permiten estimar el ratio de envejecimiento del papel aislante para ciclos de carga equivalente y temperaturas ambiente como datos de entrada. Asimismo, presentan modelos matemáticos que expresan el comportamiento térmico de los transformadores. Estos modelos son aún más útiles cuando se quiere estimar la velocidad de envejecimiento con mayor precisión. Las guías de carga son las siguientes: • IEEE Std C57.91™-1995 “IEEE Guide for Loading Mineral-OilImmersed Transformers”. • IEC 60354 Ed. 2.0 b:1991 “Loading guide for oil-immersed power transformers”. • IEC 60076-7 Ed. 1.0 b:2005 “Power transformers - Part 7: Loading guide for oil-immersed power transformers”. Cabe indicar que la IEC 60076-7 cancela y reemplaza a la IEC 60354, sin embargo esta última aún se sigue empleando, por ejemplo hay equipos de monitoreo de temperatura en el transformador que están diseñados con la IEC 60354.
FORMULACIÓN La formulación de los modelos de cargabilidad comprende dos aspectos: El primero se trata de la formulación del ratio de envejecimiento del papel aislante; y el segundo, de la formulación para el cálculo de la temperatura en el punto más caliente de la bobina del transformador.
Ratio de envejecimiento del papel aislante La IEC 60076-7 presenta las siguientes fórmulas para el cálculo de la velocidad de envejecimiento relativo,
roMEro, Borsi. “Planeamiento operacional de transformadores de potencia: mas allá de su capacidad nominal”
Para papel aislante Kraft (no termo-estabilizado):
N: Cantidad de intervalos de tiempo iguales si aplicamos este concepto a un ciclo de carga de 24 horas para intervalos de ¼ de hora, tendremos la siguiente fórmula:
Para papel aislante termo-estabilizado:
Donde, Donde, V: Velocidad de envejecimiento relativo (pu) θh : Temperatura del punto más caliente del bobinado (°C) ¿Cómo se interpretan estas fórmulas? Veamos una de ellas. Por ejemplo en la primera, si la temperatura del punto más
Ld: Pérdida de vida en un día (24 horas) Vh: Velocidad de envejecimiento para intervalos de tiempo de 0.25 h En el caso de periodos constantes de diferente duración se aplica la siguiente fórmula:
caliente (θh) es igual a 98 °C, la velocidad de envejecimiento relativo será igual a 1 mientras la temperatura permanece constante. En cambio, si dicha temperatura se incrementa en 6 °C (θh = 104 °C), el ratio de envejecimiento será igual a 2, es decir, la vida esperada del papel aislante se reducirá a la mitad mientras el punto más caliente se encuentre en 104 °C.
Donde,
Análogamente con θh = 92 °C, el ratio de envejecimiento será igual a 0.5, en este caso diremos que solo se ha consumido el
Leqv: Pérdida de vida relativa equivalente (acumulado)
50% de la vida normal del papel aislante. Vn: Velocidad de envejecimiento (pérdida de vida relativa) en el En la Figura 2 se muestran las curvas de relación entre la velo-
intervalo de tiempo
cidad de envejecimiento relativo y la temperatura del punto más caliente para papel tipo kraft y termo-estabilizado.
Cálculo de Pérdida de Vida Acumulada Para calcular la pérdida de vida relativa durante un periodo
∆tn: Intervalo de tiempo donde la carga y temperatura ambiente se consideran constantes
Cálculo de temperatura del punto más caliente
largo en el normalmente ni la carga ni la temperatura ambiente son constantes, lo que se hace es discretizar las curvas,
La temperatura del punto más caliente del bobinado se ob-
es decir, descomponer en tramos cortos de igual duración en
tiene sumando a la temperatura ambiente el incremento de
los que se puede asumir que la carga y la temperatura perma-
temperaturas en la parte superior del aceite y en la bobina de
necen constantes. De este modo se puede aplicar la siguiente
la parte más caliente. haciendo uso de la IEC 60354 tenemos la
fórmula:
siguiente fórmula:
Donde, Donde,
θh: Temperatura del punto más caliente del bobinado (°C)
L: Pérdida de vida
θa: Temperatura del ambiente (°C)
n: índice correspondiente a cada intervalo de tiempo de eva-
∆θo: Elevación de la temperatura del aceite (parte superior) so-
luación
bre la temperatura del ambiente (°C)
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53
roMEro, Borsi. “Planeamiento operacional de transformadores de potencia: mas allá de su capacidad nominal”
∆θg: Elevación de la temperatura del punto más caliente del
Con respecto al límite térmico, un punto a tomar en cuenta es
bobinado sobre la temperatura del aceite (parte superior)
el de no sobrepasar la temperatura máxima del punto más
(°C)
caliente que la norma recomienda para el transformador específico. Por ejemplo, la IEC 60354 establece como límite 140 °C para transformadores trifásicos menores a 100 MVA, en ciclo de carga normal. Cabe anotar que en la norma IEC 60076-7 el
∆θoi: Elevación de la temperatura del aceite al inicio del inter-
límite es 120 °C.
valo de evaluación (°C) La idea básica del algoritmo es incrementar la carga mientras ∆θou: Incremento de temperatura final del aceite (en estado
que los valores calculados de ratio de envejecimiento y límites
estable) correspondiente a la carga aplicada en el intervalo
térmicos se encuentren por debajo o igual a los límites prefi-
de evaluación (°C)
jados.
τo: Constante de tiempo del aceite del transformador (hr)
RESULTADOS
∆t: Intervalo de tiempo de evaluación (hr)
Cálculo de consumo de vida A continuación aplicamos el concepto al caso de un transformador de potencia trifásico 60/10 kV - 25 MVA, ONAF con papel aislante kraft (98 °C), con parámetros, según IEC 60354, siguientes:
∆θor: Valor nominal de la elevación de la temperatura del aceite (parte superior) sobre la temperatura del ambiente (°C)
Hgr
R
y
x
∆θor
τo
26
6
1.6
0.9
52
2.5
R: relación de la pérdida de carga con la pérdida en vacío nominales del transformador de potencia
54
Instalado en un ambiente con el siguiente perfil diario de temperatura:
K: Factor de utilización (FU: relación entre la carga y la potencia nominal) x: Exponente de la temperatura del aceite
Hgr: Valor nominal de la diferencia de temperaturas entre el punto más caliente del bobinado y la temperatura del aceite
Figura 3. Perfil de temperatura
(parte superior) (°C) Con un ciclo de carga normal unitario de 24 horas, siguiente: y: Exponente de la temperatura del bobinado
Cálculo de límite de carga La cuestión que se ilustra en la Figura 1, en la que se quiere saber hasta cuánto se puede cargar un transformador, básicamente requiere tomar en cuenta dos aspectos: primero, los límites térmicos del transformador específico; y segundo, establecer el máximo ratio de envejecimiento para el periodo de estudio que normalmente se fija en 1. Figura 4. Ciclo de carga
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roMEro, Borsi. “Planeamiento operacional de transformadores de potencia: mas allá de su capacidad nominal”
La velocidad de envejecimiento que resulta para factores de utilización (FU) de 90%, 100% y 110% se muestra en la siguiente tabla:
FU
Max θo
Max θh
Ratio de envejeci-
(°C)
(°C)
miento en 24 horas
90%
64,6
84,7
0,038
100%
70,8
94,5
0,101
110%
77,6
105,2
0,300
Consumo en
Pérdida de
horas
vida
90%
648,1
0,43%
99,57%
100%
2147,3
1,43%
98,57%
110%
7907,4
5,27%
94,73%
FU
Vida remanente
Cálculo de Máxima Sobrecarga Para un ratio de envejecimiento en 24 horas igual a 1, tenemos los siguientes resultados:
Para estimar el consumo de vida se debe asumir un criterio de finalización de vida. En este ejemplo asumimos en 150 000 horas (DP=200). Ahora supongamos que el transformador opera sus primeros 120 días con la misma temperatura ambiente cada día y que mantiene el mismo perfil de carga, el consumo de vida para cada FU será el siguiente:
Primer perfil de
Segundo perfil de
carga
carga
Max FU
119,97%
102,3%
Max θo (°C)
84,8
81,6
Max θh (°C)
116,5
108,0
observamos que el transformador del caso, con ciclo de carga tal como el primer perfil mostrado, puede ser sobrecargada
Consumo en
Pérdida de
Vida rema-
horas
vida
nente
90%
110,2
0,07%
99,93%
100%
290,4
0,19%
99,81%
110%
865,3
0,58%
99,42%
FU
Ahora veamos con el siguiente perfil de carga:
hasta un 20%, mientras con el segundo perfil solo se puede sobrecargar hasta 2,3%, sin acelerare su vida útil esperada. En la Figura 6 se muestra como serían las tendencias de temperaturas en el punto más caliente de la bobina y el aceite (parte superior), para un ciclo de carga según el segundo perfil. otro escenario que se puede simular es cuando se tiene otro perfil de temperatura ambiente. Veamos en el ejemplo cual sería el resultado en la cargabilidad si el perfil de la temperatura se reduce o incrementa en 5 °C. La cargabilidad (Max. FU) del transformador, si el perfil de la temperatura se reduce en 5 °C:
Figura 5. Perfil de carga con factor de utilización
En este caso los resultados son los siguientes: Max θo
Max θh
Ratio de envejeci-
(°C)
(°C)
miento en 24 horas
90%
72,7
94,3
0,225
100%
79,8
105,3
0,746
110%
87,6
117,2
2,746
FU
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Primer perfil de
Segundo perfil de
carga
carga
Max FU
124,5%
106,8%
Max θo (°C)
83,3
80,0
Max θh (°C)
116,9
108,3
La cargabilidad (Max. FU) del transformador, si el perfil de la temperatura se incrementa en 5 °C: Primer perfil de
Segundo perfil
carga
de carga
Max FU
115,3%
97,7%
Max θo (°C)
86,4
83,1
Max θh (°C)
116,1
107,7
55
ROMERO, Borsi. “Planeamiento operacional de transformadores de potencia: mas allá de su capacidad nominal”
En el último caso se observa que, para una temperatura am-
ACERCA DEL AUTOR
biente elevada y un perfil de carga con factor de carga alto (0.84), ya no se puede sobrecargar el transformador; más aún,
Master en planificación energética.
se debe operar por debajo de su potencia nominal si no se
Actualmente trabaja en la empre-
quiere sacrificar su vida útil.
sa de distribución eléctrica Luz del
CONCLUSIONES
Sur ejecutando la gestión de activos implementando algoritmos relacionados con la ingeniería de manteni-
La aplicación de los modelos de cargabilidad de transforma-
miento de los equipos de AT. Trabajó
dores de potencia demuestra que en ciertas condiciones es
en Electrolima como ingeniero de
posible operar un transformador más allá de su capacidad
planeamiento. Los principales traba-
nominal sin sacrificar o acelerar su vida útil normal.
jos desarrollados fueron: dimensionamiento óptimo de subestaciones AT/MT, cálculo de campos electromagnéticos en líneas
Las condiciones apropiadas para sobrecargar transforma-
de transmisión, plan de expansión del sistema secundario de
dores son cuando la temperatura ambiente en la que se en-
transmisión, cálculo de vida útil de transformadores de poten-
cuentra instalada es baja y, por otro lado, cuando la relación
cia y estudio de flujo de potencia y cortocircuito.
entre la máxima demanda y el promedio de carga es alta. En consecuencia, es posible planificar la sobrecarga de transformadores siempre que se conozca a priori la temperatura ambiente de la instalación y el ciclo de carga a ser atendida.
REFERENCIAS [1] LAHOTI, B. D., y FLOWERS, D. E. “Evaluation of Transformer Loading Above Nameplate Rating”, IEEE Trans. Power
56
Apparatus and Systems, Vol. PAS-100, No. 4, April 1981. [2] GIESECKE Jon, JLG Associates, “The Aging of America’s Transformers”, Weidmann Electrical Technology, Fifth Annual Technical Conference Nov 15, 2006. [3] IEEE Std C57.91™-1995 “IEEE Guide for Loading MineralOil-Immersed Transformers” [4] IEC 60354 Ed. 2.0 b:1991 “Loading guide for oil-immersed power transformers” [5] IEC 60076-7 Ed. 1.0 b:2005 “Power transformers - Part 7: Loading guide for oil-immersed power transformers”
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Implementacion de plataforma de envio de correos masivos Implementinga software platform for massive e-mail correspondence Resumen
Sandro García
Las ventajas generales que nos brindaría la plataforma de envío de correos masivos son las siguientes:
En la actualidad existen diferentes maneras en que las empresas hacen uso de la tecnología para realizar marketing, entre ellas: llamadas telefónicas, afiches, publicidad radial y televisiva, etc. Una de las formas que ha incrementado su uso es el envío de correos masivos.
• El usuario realiza el envío de correos desde su propia computadora. ( No hace uso de un servidor de correos ) • Los rebotes no afectan al servidor de correos, pues la cuenta de envío no es la misma que la cuenta de recepción. • Las personas que hacen uso de esta plataforma envían los
Dado que es enorme la cantidad de personas que poseen
correos en tiempo real, cambiando de esta manera la for-
correos electrónicos, estos conforman un mercado muy am-
ma en que se enviaban los correos mediante el servidor
plio para cubrir, y al que se suman las inimaginables formas
Lotus, pues se usaba el parámetro de baja prioridad, lo cual
en que puede llegar la información al potencial interesado
implicaba que el envío se hacía cuando el servidor tenía
(Flash, HTML, video, audio, etc.).
los recursos para atender el requerimiento.
Los servidores de correos comerciales, como por ejemplo: Lotus, Exchange, etc., no están preparados para cubrir estas exigencias, lo que genera fallas en el servicio de envío y recepción pues son diversas las variables que se generan durante el envío de una gran cantidad de correos (Por ejemplo, Envío con baja prioridad, rebotes, saturación del servicio) En Tecsup, nosotros hemos analizado esta problemática. Particularmente en Tecsup, solo en el año 2008, hemos sufrido interrupciones del servicio de correo en dieciséis oportunidades, incluso en algunas ocasiones se han dado dos veces en un solo día.
• Posibilidad de programar envíos de correos.
57 La plataforma en mención ya se encuentra implementada en la Dirección de Promoción y Desarrollo Empresarial de Tecsup, y hacen uso de ella las áreas de Ventas y Marketing.
Abstract Nowadays there are different ways in which companies use technology for marketing; among them we have telephone calls, posters, television and radio advertising, etc. One way that has increased its use is mass mailings. The vast amount of people who have e-mails make them a very
Esto nos ha obligado a analizar posibles soluciones para el
large market to cover, and this is added to the unimaginable
problema. Actualmente existen diferentes herramientas de
ways you can get the information to a potentially interested
envío, o llamados motores SMTP, con los cuales es posible
party (flash, HTML, video, audio, etc).
realizar envíos de gran cantidad de correos. Los motores SMTP presentan una serie de facilidades. En este artículo definiremos las diferentes características que presentan los motores SMTP, las que serán evaluadas a partir de sus ventajas y desventajas, a fin de brindar como resultado la mejor alternativa.
Invest Apl Innov 3(1), 2009
Commercial mail servers like, for example, Lotus, Exchange, etc. are not prepared to meet these requirements, which generates faults in the sending and receiving because of the diverse variables that are created during the transmission of large amounts of mail (for example, low priority item, rebounds, saturation of the service).
GARCÍA, Sandro. “Implementacion de plataforma de envio de correos masivos”
We analyzed this problem in TECSUP. In our particular case,
ben apoyarse en la tecnología como una herramienta que les
only in the year 2008, we experienced disruptions in mail
facilitará alcanzarlos.
service in sixteen occasions, sometimes more than twice in a day.
El Email Marketing es utilizado por muchas empresas con el fin de publicitar sus productos o servicios. Esto se realiza con
This forced us to discuss possible solutions to the problem.
los recursos de la empresa, en algunos casos, o con recursos de
Currently, there are different tools for sending or called SMTP
empresas dedicadas al rubro.
engines with which it is possible to send large amounts of emails. SMTP engines feature a number of facilities. This arti-
FUNDAMENTOS
cle defines the characteristics that SMTP engines have, which will be assessed by identifying the advantages and disadvan-
Nos planteamos el escenario de una empresa que cuenta con
tages of each, resulting in the best alternative.
su propio servidor de correos corporativo, en este caso un Lotus Notes de IBM que sirve para desarrollar las comunicaciones;
The general advantages that the platform would give us to
de mismo modo, se usa el mismo recurso para desarrollar el
send out mass mailings are as follows:
Emarketing.
• The user sends emails from his/her own computer. (Not
Debido a que el Emarketig es dirigido a todos los posibles clien-
using a mail server)
tes de la empresa, entre ellos compañías, fábricas, personas particulares, etc, la población es bastante amplia. En tal sentido, se
• The bounces do not affect the mail server because the sending account is not the same as the receiving account.
generan los siguientes inconvenientes en el servicio:
Saturación del Mailbox
• People who use this platform send emails in real time,
58
thus changing the manner in which the mails were sent
• Como se puede observar en la Figura 2, los mailbox son
through the Lotus server, because the low priority pa-
saturados por los correos entrantes y salientes. Una base
rameter was used, which implied that the sending was
de datos de 5 000 correos saturaría el servicio de correos.
done when the server had the resources to attend such requirements. • The possibility of scheduling the mailing.
Baja del servicio de ruteo • Cuando se saturan los mailbox, las tareas de ruteo (que son las encargadas de lanzar los mensajes a la red de in-
The platform in question is already implemented in TECSUP’s Direction of Business Promotion and Development. The area
ternet) dejan de operar y provocan la caída del servicio.
of Sales and Marketing is also using it.
Rebotes:
Palabras claves
• Al utilizar una cuenta real del servidor de correos para el envío, tenemos el inconveniente de que los rebotes (que
Servidor de Correos, Correos Masivos, Atomic Mail Sender,
son causadas por cuentas mal ingresadas, dominios tipea-
Email Marketing, Servicio de Correos.
dos erróneamente, servidores no disponibles) llegan a la misma cuenta. saturando primero los inbox y luego la
Key words Mail Server, Spam Server, Atomic Mail Sender, Email Marke-
cuenta del usuario que envió el mensaje masivo.
Envíos con baja prioridad:
ting, Mail Service • El servidor de correos Lotus permite con la posibilidad de
INTRODUCCIÓN
marcar los correos que serán enviados con el atributo de “baja prioridad”, esto se hace con el fin de que el servidor
Las empresas de hoy en día deben afrontar nuevos retos para
de correos envíe los mensajes cuando el servidor cuente
cumplir los objetivos que se han trazado, y para lograrlo de-
con los recursos para hacerlo.
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GARCÍA, Sandro. “Implementacion de plataforma de envio de correos masivos”
Figura 1. Escenario inicial
Antes de definir cuál es la problemática encontrada, vamos
Es aquí cuando las variables mencionadas líneas arriba interac-
a detallar la manera en que se hace uso del servidor de co-
túan para causar inconvenientes en el funcionamiento normal
rreos:
de un servidor de correos.
Un usuario apertura su cliente de correo (Software instalado
En la Figura 2 se puede notar el contenido del Mailbox, que es
en PC), el cual se conecta al servidor de correos (Previa confi-
un contenedor de todos los software de servicio de correos
guración). Se dan los pasos uno y dos de la Figura 1. Cuando
electrónicos. Estos pueden almacenar información en forma
un usuario desea enviar un correo electrónico a cualquier
temporal, mientras los mensajes salen e ingresan del servidor.
59
empresa, el mensaje (correo) es depositado desde el cliente al servidor. Situado en el servidor, este será ruteado hacia el
Generalmente en los servidores de correos se tiene una manera
internet, dependiendo de los procesos pendientes que este
de enviar mensajes a grandes cantidades de cuentas de correo
posea y de la resolución dns (que no es materia de esta in-
a la vez. (Lotus Notes maneja el concepto de baja prioridad, con
vestigación). Pasos dos y tres en la Figura 1. El mensaje es en-
el que los correos son ingresados al Mailbox pero son enviados
viado al internet con la dirección de destino, la red destino lo
cuando el servidor tiene los recursos para atenderlo: memoria,
recibe, el sistema antispam hace una consulta de resolución
baja concurrencia, procesamiento).
inversa para evitar el ingreso de suplantaciones y una vez verificando el tema y luego de confirmado que la dirección
El ingreso de gran cantidad de correos al Mailbox produce un
de origen no existe en una lista negra, se procede a permitir
retraso considerable en el envío y recepción de correos.
su ingreso. Paso cuatro en la Figura 1.
Problemática
Asumiendo una totalidad de 25 000 cuentas de correos electrónicos, se puede asumir que no menos del 30% son cuentas que presentan los siguientes inconvenientes: cuentas de correo
En términos generales este es el procedimiento y la forma en
falsas, dominios mal tipiados, cuentas de usuario canceladas,
que funciona el servidor de correos, ¿pero qué sucede cuan-
cuentas de usuarios saturadas. Todo esto genera rebotes del
do esta plataforma debe enviar gran cantidad de correos; por
mensaje enviado, con lo que retornan al servidor de quien los
ejemplo 25 000 correos en un lapso corto de tiempo?
envió. Bajo de esta circunstancia se genera lo siguiente: luego
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GARCÍA, Sandro. “Implementacion de plataforma de envio de correos masivos”
Figura 2. Mailbox
de que se satura la base de datos del usuario, los mensajes de
lo que ocasiona problemas de comunicación y malestar com-
rebote ya no pueden ingresar a ella, y lo hacen al Mailbox. Una
prensible.
elevada cantidad de mensajes en el Mailbox, los que pueden tener además documentos adjuntos en cada uno, generaría
SOLUCION PLANTEADA
saturación y caída del servicio de ruteo. En términos generales, la solución planteada es la siguiente:
Consecuencia Seleccionar un motor de envío SMTP, entre los diferentes exis-
60
Esto trae como consecuencia que los correos electrónicos
tentes, que se ajuste a las necesidades de la empresa, instalarlo
no ingresan ni salen del servidor de correos. Y en este caso
en cada uno de los equipos que hace el envío de correos a gran
no solo se ven afectados los correos que se enviaron en for-
cantidad de cuentas y crear la arquitectura lógica para que los
ma masiva sino también los correos de los demás usuarios,
correos sean enviados desde las computadoras de los clientes,
Figura 3 Esquema con motor SMTP
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GARCÍA, Sandro. “Implementacion de plataforma de envio de correos masivos”
haciendo uso de su propio motor SMTP y no del servidor de
Se muestra el cuadro comparativo con la evaluación de cada
correos Lotus.
aplicación:
La Imagen de la Figura 3 muestra el esquema de la solución propuesta, a fin de resolver la saturación del servicio de correo electrónico.
Elección de la aplicación o motor SMT
Software
Atomic Mail Sender
Newsleter
HTML
Sí
Sí
Sí
Links WEB
No
Sí
Sí
No
Sí
No
No
Sí
No
No
Sí
No
No
Sí
No
Soporta Programación
1.- Selección de la Herramienta SMTP (motor de envío )
SendBlaster
de envíos
El mercado de software tiene diferentes opciones para esta solución; afortunadamente cada una es mejor que otra en cuanto a funcionalidades.
Reporte de no Enviados Diseño Varios envíos
La herramienta SenderBlaster es ciertamente robusta para el envío de mensajes por SMTP, pero no da la posibilidad de cargar gráficos HTML, tampoco links de páginas webs. Atomic Mail Sender soporta cargar links desde internet, crear documentos HTML, grabarlos como proyectos, he incluso generar la programación de envío de varios proyectos a la vez. La herramienta Newslatter, es muy eficiente en cuanto a cargar imágenes y armar un buen diseño, pero no soporta
por ejecución
De las tres herramientas en evaluación, la que resulta más apropiada es Atomic Mail Sender, puesto que tiene mayor flexibilidad y se amolda mejor a nuestras necesidades . El precio es 69,85 dólares por licencia.
programación de envíos .
61
Figura 4. SendBlaster
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GARCÍA, Sandro. “Implementacion de plataforma de envio de correos masivos”
Figura 5. Atomic Mail Sender
PROCEDIMIENTO
PROBLEMAS POSTERIORES
1. Instalación de la herramienta escogida en cada PC local
El inconveniente central que se presentó en el transcurso de
o cliente.
62
la implementación fue que, cuando se realizaron pruebas con gran cantidad de correos, la dirección ip de salida de estos
2. Registro del subdominio en los DNS de Telefónica, con el nombre: ventas.tecsup.edu.pe .
mensajes era registrada en listas negras, dado el alto tránsito de información que se generaba. Con el fin de solucionar este inconveniente se hizo necesario comunicarnos con los admi-
3. Configuraciones. Es necesario realizar las siguientes con-
nistradores de listas negras y manifestar que tal dirección ip era
figuraciones:
de nuestra propiedad y que se usaba para publicidad.
Cuenta de correo de envío .
Debido a que las bases de datos que son cargadas al Atomic presentan errores en diversos campos, por ejemplo:
Cuenta de correo de recepción. • doble cuenta de correo en un campo
Cabecera de salida del mensaje. • doble arroba
3. Identificación de la dirección ip del usuario, y aplicación de configuración SNAT en el firewall, con el fin que los
• caracteres que no corresponden a una cuenta de correo
mensajes sean enviados fuera de la red de Tecsup con la cabecera de la dirección pública registrada en los DNS
• campos sin ningún arroba
de Telefónica (paso 2) . • cuentas de correo con domino incompleto, etc. 4. Carga de las bases de datos desde un archivo en Excel (solo la primera columna) o un documento en texto pla-
el programa Atomic puede dejar funcionar. Frente a esta situa-
no. El software extrae las cuentas de correo de un archi-
ción se ha desarrollado una aplicación que haga posible depu-
vo en Excel o un archivo en texto plano.
rar las bases de datos antes de cargarlas al Atomic, la aplicación puede ser ubicada en el link http://192.168.68.126:88/.
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GARCÍA, Sandro. “Implementacion de plataforma de envio de correos masivos”
Figura 6. Newsletter
63
Figura 7. Corrector de cuentas de correo
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GARCÍA, Sandro. “Implementacion de plataforma de envio de correos masivos”
Figura 8. Bandeja de entrada Hotmail
La entrada de esta aplicación es un archivo en Excel con in-
[3] Cáceres Meza, Jack Daniel. Implicancias del Spam (En lí-
formación en la primera columna de cuentas de correo, la
nea) Recuperado el 2 Abril del 2009 http://www.rcp.org.
salida es un archivo en extensión txt con el mismo nombre
pe/downloads/Implicancias_del_spam.pdf <http://www.
del archivo de entrada en Excel. Con esta acción se estarán
rcp.org.pe/downloads/Implicancias_del_spam.pdf>
depurando las cuentas de correo mal ingresadas y que, potencialmente, generarían inconvenientes.
RESULTADOS
ACERCA DEL AUTOR Ingeniero Electrónico. Actualmente cursa la Maestría en Seguridad In-
Como puede observarse, los correos llegan a su destino. Así,
formática. Se desempeña en el cargo
las ventajas que podemos obtener con la modalidad indica,
de Administrador de Red en Tecsup y
son:
también como docente en la carrera del Redes y Comunicaciones de Datos
• Los correos llegan en tiempo real.
64 • Luego del envío y en forma inmediata tenemos un reporte de los destinos a los cuales no ha llegado el mensaje. • Dado que no se utiliza el servidor de Correos Corporativo, no se saturan los INBOX ni el servicio de ruteo.
REFERENCIAS [1] Atompark Software. Atomic Mail Sender [En línea] Recuperado el 12 de Marzo del 2009: http://www.emailmasivo.com/bulkmail/ <http://www.email-masivo.com/ bulkmail/> [2] Técnicas Spam. Conferencias FIST ISSA España. Técnicas Anti-Spam, [En línea] Recuperado el 20 de abril del 2009: http://www.fistconference.org/data/presentaciones/ Spam-spam-spam.pdf <http://www.fistconference.org/ data/presentaciones/Spam-spam-spam.pdf>
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del Departamento de Informática.
Eficiencia energĂŠtica con el uso de variadores de frecuencia en sistemas de aprovechamientos hĂdrico Energy Efficient with use of variable frequency drive in uses of hydric systems Elmer Ramirez, Hermenegildo Mendoza
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rAMIrEZ Elmer, MEnDoZA hermenegildo. “Eficiencia energética con el uso de variadores de frecuencia en sistemas de aprovechamientos hídrico”
el flujo (caudal) es aproximadamente proporcional a la velocidad en el eje. Con estas características se puede conseguir significativos ahorros de energía a través de la variación de la velocidad con respecto a los métodos tradicionales como el de estrangulación de válvulas para la regulación de caudal. Para el estudio del comportamiento del sistema se utilizan las relaciones de afinidad, las cuales se representan mediante ecuaciones que permiten predecir el funcionamiento de una turbina o bomba bajo condiciones diferentes. Estas son:
Donde: Q = caudal (m3/h) H = altura (m) P = potencia (Kw) si consideramos los valores de una bomba centrífuga en 1 750 rpm y que debe operar a partir de un variador de frecuencia a la mitad de su velocidad, es decir, 875 rpm, podemos apreciar en la Tabla 1 disminuciones de potencia del sistema en una relación cúbica. Estas permiten tener ahorros de energía a
66
velocidades inferiores a las nominales, siendo el variador de frecuencia el método de control que da todo rango de velocidades según sean las demandas sin equipos adicionales entre el motor y la carga. N(rpm)
Q(m3/h)
H(m)
P(Kw)
Operación
1750
2
1
10
sin variador
875
1
0,25
1,25
Con variador
Lineal
cuadrática
cúbica
Tabla 1. Comportamiento de las variables de afinidad de una carga de par variable
Métodos de regulación del flujo en bombas centrifugas son muchos los casos en que se trabaja bajo condiciones de caudal inferior al nominal y durante largos períodos de tiempo. En estas circunstancias se puede optar por métodos de regulación de caudal como:
Modificación de la curva del sistema Es el caso más común de control de flujo por estrangulamien
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rAMIrEZ Elmer, MEnDoZA hermenegildo. “Eficiencia energética con el uso de variadores de frecuencia en sistemas de aprovechamientos hídrico”
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Ramirez Elmer, Mendoza Hermenegildo. “Eficiencia energética con el uso de variadores de frecuencia en sistemas de aprovechamientos hídrico”
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Valores medidos Operación
Punto de operación
Sin variador
Con variador
Invest Apl Innov 3(1), 2009
N(RPM)
Q
H
(m3/h)
(psi)
Disminu-
Valores calculados
ción de P (Kw)
Potencia
(N1/N2)3
P (Kw)
(Kw)
1
1773.4
100%
10
0.9
x
x
x
2
1773.0
86%
14
0.45
x
x
x
1
1773.4
100%
10
0.8
x
x
x
1’
1532.7
86%
10
0.4
0.4
0.64
0.51
2’
1303.7
74%
8
0.3
0.5
0.41
0.32
Ramirez Elmer, Mendoza Hermenegildo. “Eficiencia energética con el uso de variadores de frecuencia en sistemas de aprovechamientos hídrico”
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Se terminó de imprimir en los talleres gráficos de T area A sociación G ráfica E ducativa P asaje María Auxiliadora 156 - Breña Correo e.: tareagrafica@terra.com.pe Teléf. 332-3229 Fax: 424-1582 Junio 2009 Lima - Perú