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5º FORO LIDERES TICA PARA LA MINERIAHotel Enjoy, Coquimbo, Chile, Noviembre 2008

CONTROL AVANZADO EN PROCESAMIENTO DE MINERALES:

INVESTIGACION, DESARROLLO E INNOVACION

Prof. Dr. Aldo CiprianoPontificia Universidad Católica de Chile

[email protected]

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CONTENIDO

� Objetivos del control de procesos� Arquitecturas de automatización y control� Sensores� Controladores y sistemas de automatización� Sistemas inteligentes� Simuladores� Sistemas de control predictivo� Síntesis de la automatización en minería� Desafíos pendientes� Fondos para I+D+i� Iniciativas� Investigaciones e innovaciones en desarrollo� Conclusiones y perspectivas

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� Objetivo 1: Estabilización y reducción de la varian za

OBJETIVOS DEL CONTROL DE PROCESOS

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� Objetivo 2: Optimización (tiempo de respuesta, producción, calidad)


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� Objetivo 3: Sustentabilidad en el ciclo de vida


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AUTOMATIZACION Y CONTROL

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SENSORES

� Mill Sense, Outotec

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SENSORES

� PSI-500, Outotec

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SENSORES

� PSI-500, Outotec: Aplicación

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SENSORES

� COURIER 6 SL, Outotec

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SENSORES

� COURIER 6 SL, Outotec: Aplicación

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SENSORES VISUALES

� Split OnLine, Split Engineering

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SENSORES VISUALES

� Split OnLine: Aplicación

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SENSORES VISUALES

� Aceflot (UC, 1994)

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SENSORES VISUALES

� VisioFroth, Metso Minerals� Tamaño de las burbujas y análisis de color� Velocidad, estabilidad y textura de la espuma� Opera con CISA OCS© Expert System

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SENSORES VISUALES

� FrothMaster, Outotec� Transforma la imagen en medidas de: Velocidad de espuma;

Tamaño de burbujas; Estabilidad de espuma.

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SENSORES VISUALES

� FrothMaster: Aplicación

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CONTROL CON SENSORES VISUALES

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CONTROLADORES

� Controladores stand alone

Controlador de nivel Controlador rotatorio

Controlador de sistema de irrigaciónControlador de motorCilindro neumático para controlar movimiento

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SISTEMAS DE AUTOMATIZACION

� PLC: Programmable Logic Controller

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� SCADA: Supervision Control and Data Acquisition

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� DCS: Distributed Control System

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SISTEMAS INTELIGENTES

� G2, Gensym

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� OCS Expert System, Metso CISA

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� SGS, ex MinnovEX, MET

� Control adaptivo empleando redes neuronales, algoritmos genéticos y control estadístico de procesos (SPC)

� Modelos fenomenológicos y determinísticos� Control basado en reglas difusas� Sensores virtuales� Sensores visuales de flotación, JKFrothCam� Predicción del desempeño de circuitos de molienda con

CEET.

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� Scan, Contac: Análisis multivariado para monitorización

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SIMULADORES

� JKSimMet y JKSimFloat, JKTech

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SIMULADORES

� MillStar y FloatStar, Mintek: Sistemas de control de molienda y flotación

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SIMULADORES

� Unisim Design Suite, Honeywell

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ARQUITECTURAS DE CONTROL

� Concepto Honeywell

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SISTEMAS DE CONTROL PREDICTIVO

� Model Based Predictive Control

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� BrainWave, Andritz� Controlador predictivo adaptivo basado en polinomios

de Laguerre

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� BrainWave: Aplicación

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� BrainWave: Aplicación

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� Connisseur, Invensys

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� FIR Model, Connisseur, Invensys

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� Longe Range Constraint, Connisseur, Invensys

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� Non Linear Controller, Honeywell

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� Industrial Advanced Process Control, ABB

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� Optimize ITT Expert Optimizer, ABB

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AUTOMATIZACION EN MINERIA

� Impulsados por el desarrollo de la microelectrónica, se ha producido un acercamiento y creciente integración de las tecnologías de información, comunicaciones y automatización.

� Las capacidades y potencialidades que ofrecen los sensores y lossistemas de automatización y control han aumentado significativamente, facilitando su aplicación.

� Los sensores basados en visión para chancado, molienda y flotación se han consolidado tanto en términos de desarrollo como de aplicación.

� Los sistemas de control basados en conocimiento han alcanzado unimportante grado de madurez.

� Se han realizado aplicaciones exitosas de sistemas de control que emplean lógica difusa y redes neuronales.

� Los sensores virtuales han mostrado su potencial, en especial aquellos que emplean modelos no lineales.

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AUTOMATIZACION EN MINERIA

� Se ha popularizado la utilización de modelos, fenomenológicos y/o empíricos, para estimación, predicción y control.

� Se dispone de novedosas plataformas para simulación dinámica de molienda y flotación.

� A pesar del mayor conocimiento que requiere, se han implantado soluciones exitosas de control predictivo en molienda y flotación.

� Se han informado beneficios significativos de las aplicaciones de automatización y control en procesamiento de minerales.

� La minería dispone así de una oferta creciente en calidad y cantidad, la que abarca desde nuevos sensores hasta avanzados sistemas de control orientados a la estabilización y optimización de los procesos, pasando por sofisticados sistemas de comunicación y automatización.

� En paralelo, se están formulando y aplicando técnicas basadas en mejores prácticas, excelencia operacional y benchmarking, conformando una nueva disciplina orientada a gestionar los activos de Automatización.

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EN SINTESIS

� El potencial que ofrecen las Tecnologías de Automatización y Control ha permeado hacia la Alta Gerencia.

� Importantes empresas proveedoras de productos y servicios de automatización y control han incrementado sus esfuerzos por introducir estas tecnologías en la industria de procesamiento de minerales, por diversas vías.

� La minería ha atraído también a proveedores de sistemas y servicios que originalmente centraban su actividad en otros sectores. Asimismo, están ingresando al mercado nacional empresas proveedoras que hasta hace poco no tenían representación en el país.

� Si bien los avances han sido significativos, la automatización aún puede proporcionar más y mejores beneficios, los cuales serán muy bienvenidos en la turbulenta etapa que estamos enfrentando.

� Para ello, se deberán superar las falencias detectadas en algunos ámbitos.

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DESAFIO PENDIENTE 1: RECURSO HUMANO

� Los egresados de Enseñanza Media de mayor potencial académicono muestran interés por estudiar carreras relacionadas con la minería, a pesar de las buenas remuneraciones que el sector ofrece.

� Las costosas tecnologías de automatización y control instaladas en planta no están siendo aprovechadas al máximo, según lo demuestra el resultado de una encuesta realizada en el marco de laa investigación P893A, Training in Automation for Optimizing the Profitability of Technology Investments, financiada por AMIRA International y un consorcio de empresas mineras.

� La razón principal para esta situación es la falta de conocimientostécnicos y la imposibilidad de satisfacer las necesidades de formación y entrenamiento en estas tecnologías.

� Se requiere hacer un importante esfuerzo en formar y entrenar profesionales capaces de optimizar el rendimiento de las inversiones que se realizan en equipamiento y sistemas de automatización y control.

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DESAFIO PENDIENTE 2: INNOVACION

� Ranking de Competitividad 2007 del WEF

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DESAFIO PENDIENTE 2: INNOVACION� Consejo Nacional de Innovación para la Competitivid ad:

“En la era de la competencia global y del progreso tecnológico, la prosperidad no se construye con reservas abundantes de mano de obra no calificada y mal remunerada, sino sobre la base de una fuerza de trabajo creativa, calificada, capaz de producir ideas, bienes y servicios intensivos en conocimiento y empleada en empresas capaces de innovar, de adoptar las tecnologías más modernas, de mejorar sus modelos de gestión y comercialización y de vender en el mundo entero bienes y servicios nuevos o perfeccionados.”

� Organisation of Economic Cooperation and Development, 2007 :“En la transición hacia un mayor crecimiento impulsado por la innovación, Chile debiese aprovechar sus fortalezas y ventajas comparativas mediante el fortalecimiento de aquellos clusters incipientes, principalmente basados en recursos naturales, con el fin de desarrollar prácticas innovadoras que ayuden a transformar en ventajas dinámicas las actuales ventajas estáticas de la economía chilena. Para ello se puede incentivar tanto el desarrollo de nuevas actividades, mediante la incorporación a la base exportadora de productos con alto valor agregado, como la mejora de productos y servicios especializados originalmente enfocados a los clusters basados en recursos naturales”.

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DESAFIO PENDIENTE 2: INNOVACION

� Sectores de la economía chilena con mayor impacto co mpetitivo

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I+D+i EN AUTOMATIZACION PARA MINERIA

� PROYECTOS FONDECYT EN INSTRUMENTACION Y CONTROL

� Impact on performance of using restricted complexity models in linear control design for multivariable plants. FONDECYT Regular 2008

� Sequential Monte Carlo methods and feedback concepts applied tofault diagnosis and failure prognnosis in nonlinear, non-gaussiandynamic systems. FONDECYT Postdoctorado 2008

� System identification of sate-space models using frequency domainmaximum likelihood estimation. FONDECYT Postdoctorado 2008

� PROGRAMA FONDECYT

Fomenta el desarrollo de la investigación básica, y contribuye a la formación de nuevas generaciones de científicos y tecnólogos.

2008: postularon en Ingeniería 142 proyectos, se aprobaron 61 proyectos, MM$ 27,2 anuales por proyecto.

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I+D+i EN AUTOMATIZACION PARA MINERIA

� PROGRAMA FONDEF

Subsidia proyectos que incluyan investigación científica, desarrollo de soluciones, innovación, protección intelectual de resultados y transferencia para la generación de negocios productivos o servicios.

2008: postularon 148 proyectos, se aprobaron 45 proyectos, MM$ 275,6 por proyecto.

� PROYECTOS FONDEF

� Automatización en el procesamiento de minerales, FONDEF 1991

� Guiado automático de equipos cargadores frontales LHD en el proceso de extracción de minerales en una mina subterránea, FONDEF 1992

� Desarrollo de un equipo ultrasónica para la molienda de minerales, FONDEF 1992

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I+D+i EN AUTOMATIZACIÓN PARA MINERIA

� PROYECTOS FONDEF

� Desarrollo y adaptación de sensores industriales para controlar y optimizar la operación de procesos involucrando dispersiones líquidas y minerales, FONDEF 1996

� Nueva instrumentación para plantas de molienda semiautógenas de minerales, FONDEF 1998

� Robotización de martillos rompe-rocas en procesos de reducción de minerales y coordinación de operaciones en equipos LHD en los procesos de extracción en minería subterránea, FONDEF 1998

� Sistemas de control optimizante para plantas de molienda semiautógena, FONDEF 2002

� Desarrollo de sistemas de control y monitoreo para la prevención de formación de estrías en cátodos de cobre obtenidos en plantas de electrorefinación, FONDEF 2003

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� OTROS PROGRAMAS DE CONICYT Y MIDEPLAN

Programa de Financiamiento BasalEl programa busca potenciar y fortalecer Centros Científicos y Tecnológicos de Excelencia cuyas actividades de investigación, formación de capital humano y transferencia tecnológica, contribuyan a aumentar la competitividad de la economía y el desarrollo de la sociedad chilena. 2007: 33 propuestas, 8 proyectos aprobados, financiamiento total primer año: MM$ 9.000.

Iniciativa Científica MilenioTiene fuerte énfasis en investigación en disciplinas de las Ciencias Exactas y Naturales, y trabajan en áreas tan variadas como la biotecnología, las ciencias médicas, la genética, la microbiología, la ecología, la física de los materiales, la matemática, la química, la sismología, las tecnologías de la información y comunicación, la glaciología, el procesamiento y transporte energético, la optimización industrial, la astronomía, entre otras.

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I+D+i AUTOMATIZACION PARA MINERIA

� CORFO INNOVA

Programa de Innovación Empresarial IndividualApoyar proyectos destinados a generar innovaciones de bienes, servicios, procesos, métodos de comercialización o métodos organizacionales y que, además, involucren mayor riesgo. Se subsidia hasta un 50% del total del proyecto, con un tope máximo de MM$ 400.

Programa de Consorcios Tecnológicos, Preinversión Apoya la realización de actividades clave para crear consorcios tecnológicos con proyectos de innovación específicos. Se subsidia hasta un 80% del total del proyecto, con un tope de MM$ 30.

Programa de Consorcios Tecnológicos, DesarrolloProyectos que permitan desarrollar nuevos bienes o servicios, que posibiliten consolidar alianzas, y que faciliten el acceso a plataformas tecnológicas avanzadas. Subsidia también construcción de prototipos o plantas pilotos, hasta 50% del proyecto, con tope de MM$ 600.

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� CORFO INNOVA

Programa de Innovación del Cluster Minero

Desarrollar soluciones innovadoras a problemas concretos del sector, en torno a los recursos hídricos, energía, sustentabilidad ambiental y de negocios, así como el mejoramiento de procesos en minas y plantas, y desarrollo de proveedores.

2008: postularon 65 propuestas, se aprobaron 34 proyectos, MM $ 164,7 por proyecto aportados por Corfo Innova y FIC Regional.

� Proyecto aprobados

� Instrumentación y control para espesadores.

� Instrumento para medir la actividad metabólica de las bacterias en solución de biolixiviación.

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� LEY 20.241, INCENTIVO TRIBUTARIO A LAINVERSION PRIVADA EN I+D

Derecho a un crédito tributario en el ejercicio equivalente a un 35% de los pagos efectuados en dinero, en virtud de contratos de Investigación y Desarrollo, celebrados con Centros de Investigación inscritos en el Registro de Centros de Investigación, y debidamente certificados por CORFO.

Se consideran actividades de Investigación, aquellas que signifiquen la búsqueda metódica, con el objetivo de generar nuevos conocimientos en el ámbito científico o tecnológico, con la expectativa de que contribuyan a desarrollar, fortalecer o mejorar la capacidad competitiva de quienes la encargan.

Se consideran actividades de Desarrollo aquellas que signifiquen la aplicación de los resultados de la investigación o la adaptación de cualquier conocimiento científico o tecnológico, cuando se relacionen con oportunidades comerciales o productivas.

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� RECURSOS DISPONIBLES PARA I+D+i

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INICIATIVAS DE I+D+i

� Australian Cooperative Research Centres (CRC)

� The Program is an Australian Government funded initiative. It boostsworld-class research with the aim of turning Australia’s scientificinnovations into successful new products, services and technologies, making our industries more efficient, productive and competitive.

� The Program emphasises the importance of collaboration betweenbusiness and researchers to maximise the benefits of researchthrough an enhanced process of utilisation, commercialisation andtechnology transfer.

� Three main channels through which the CRC Program deliversbenefits for Australia are: the application of CRC generatedknowledge and intellectual property; increased access to internationalknowledge networks; enhanced skill formation, particularly through thedevelopment of highly skilled and industry ready postgraduates.

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� The US Industry/University Cooperative ResearchCenters (I/U CRC)

� The program develops long-term partnerships among industry, academe, and government. The centers are catalyzed by a smallinvestment from the National Science Foundation (NSF) and are primarily supported by industry center members, with NSF taking a supporting role in their development and evolution. Each center isestablished to conduct research that is of interest to both the industryand the center.

� An I/U CRC not only contributes to the Nation's research infrastructurebase and enhances the intellectual capacity of the engineering andscience workforce through the integration of research and education, but also encourages and fosters international cooperation and

collaborative projects.

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� BHP Billiton And The Chinese Academy Of Sciences Create Strategic Alliance In Research, Development And Education

� The Chinese Academy of Science (CAS) and BHP Billiton havecreated a strategic alliance for joint research and development, education and technology commercialisation in scientific and technicalareas for the minerals and energy industries. The agreement willinvolve an academic and scholarship program with the GraduateSchool of the Chinese Academy of Science, collaborative researchwith relevant institutes and joint efforts to commercialise researchresults in the global market.

� Under CAS there are five Academic Divisions,108 scientific researchinstitutes, over 200 science and technology enterprises,and more than20 supporting units including one university, one graduate school andfive documentation and information centers. CAS has a total staff ofover 58,000, of whom 39,000 are scientific personnel according to2000 figures.

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� INVESTIGACIONES EN EJECUCION

� Detección de necesidades y desarrollos de Automatización y Robótica para minería continua

� Sistemas inteligentes en mantenimiento predictivo de equipo minero

� Estimación en línea de dureza y su utilización en control óptimo de molienda

� Detección y diagnóstico de fallas en motor y sistema de control de molino SAG

� Control experto difuso para flotación columnar

� Control de flotación rougher considerando ley de concentrado en celdas intermedias

� Predictor de información visual para control de velocidad de espuma en flotación

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� INVESTIGACIONES EN EJECUCION

� Control integrado optimizante de molienda-flotación considerando restricciones de agua y energía

� Control predictivo híbrido del Convertidor Teniente

� Instrumentación y automatización para procesos hidrometalúrgicos

� Nuevas tecnologías para un entrenamiento eficaz de operadores de plantas y equipos

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CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS� Las empresas proveedoras de equipos y servicios de Automatización y

Control están aportando vigorosamente al desarrollo e implantación de nuevas soluciones tecnológicas.

� Estos logros requieren ser complementados con avances en formación y entrenamiento de profesionales con potencial para optimizar el uso de las nuevas tecnologías.

� A nivel nacional se dispone de un adecuado diagnóstico sobre nuestras debilidades y necesidades en innovación. Asimismo, se dispone de algunas herramientas de financiamiento generadas en el royalty minero y aportes complementarios del estado.

� Sin embargo, de acuerdo a la realidad que se evidencia en I+D+i, el camino por recorrer será largo y tortuoso.

� En el mundo existen iniciativas conocidas de trabajo cooperativo entre empresas y centros de investigación que podrían ser replicadas.

� Considerando el estado actual, para tener éxito en este esfuerzo colaborativo se requerirá mucha constancia.

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CRISIS E INCERTIDUMBRE: UNA OPORTUNIDAD

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