MATERIAL ANTIESTÁTICO Y TRANSMISOR RF

DESCRIPCIÓN

Campo de la Invención

La invención se relaciona con un dispositivo sensor electrónico de desgaste, un perno sensor electrónico de desgaste, un sistema sensor de desgaste y un procedimiento de medición, los cuales han sido desarrollados para el monitoreo en línea y así obtener el nivel de deterioro ó desgaste en cualquier tipo de componente sólido, que durante la vida útil sufra desgaste, como por ejemplo: planchas de revestimientos, tuberías, etc., para ayudar a predecir las mantenciones, es decir, el cambio de dichos componentes de manera de maximizar la productividad y de asegurar una operación segura, sin riesgo de daños en componentes propios del equipo.

Una de las aplicaciones de la invención en las que se puede utilizar el dispositivo, el perno sensor y el sistema de desgaste son el revestimiento interno de las superficies, generalmente utilizados para el recubrimiento de los equipos de conminución (proceso de reducción de tamaño de las partículas). Este proceso se realiza a través de la combinación de los fenómenos de impacto y abrasión, ya sea en seco o en una suspensión en agua. Debido a estos fenómenos la superficie interna de estos equipos también se ve sometida a los efectos de impacto y abrasión producidos por la carga de material que circula en su interior, lo que se traduce en un constante desgaste de esta superficie. Para absorber este desgaste permanente y así no dañar la carcaza del equipo se instalan piezas de sacrificio, denominadas "revestimientos", que además tienen como objetivo mejorar el proceso a través de una geometría que favorezca los fenómenos de abrasión e impacto entre las partículas presentes al interior del equipo. Los revestimientos debido a su función deben ser reemplazados periódicamente, de manera de evitar daños permanentes a la carcaza del equipo, lo que llevaría a millonarias pérdidas de producción debido a recambio de partes funcionales de elevados costos y tiempos largos de detención. Antecedentes de la Invención

Actualmente la manera de determinar el nivel de desgaste de los componentes de los distintos equipos, y así la fecha ó periodo de cambio de estos, es la medición directa del nivel de desgaste con herramientas e instrumentación tradicional, como por ejemplo pie de metro, plantillas y algunos métodos más avanzados como la medición por láser 3D, el ultrasonido, conductividad y resistencias eléctricas en circuitos.

De este modo, el método ultrasonido sirve para poder medir y registrar la variación en el espesor de los revestimientos del molino SAG. Esta aplicación tecnológica consiste en enviar una señal de ultrasonido a través del revestimiento, la que viajara hasta el extremo de éste a una velocidad determinada. Así a través del ultrasonido, se puede medir en forma precisa la longitud y o espesor de un material. Por otro lado, la medición por láser 3D es un método para medir y mapear, a través del uso de un láser, la superficie interna de los revestimientos del molino que estuvieron sujetos a desgaste. De este modo se detectan los cambios con el tiempo, para luego compararlos con información histórica disponible y así determinar anomalías y si la superficie necesita reparación o cambio.

Una de las problemáticas que presentan estos métodos es la necesidad de detener el equipo en el cual está inserto el componente que sufre deterioro, y por tanto, detener la producción. En algunos casos, otra desventaja que presentan los actuales métodos es el aspecto de seguridad, debido a que debe ingresar personal al interior del equipo para medir desgaste, operación que generalmente es riesgosa, principalmente debido a la caída de elementos que quedan atrapadas entre los revestimientos. Adicionalmente, la precisión de tales mediciones depende del uso apropiado de los instrumentos y del expertise del operador, por lo que están sujetos a errores de medición.

El documento US2007/0163325 describe un sensor para detectar la erosión en superficies de desgaste de los componentes, particularmente en revestimientos de carcazas de molinos rotatorios. El sensor comprende un elemento conductivo incorporado en el revestimiento que forma un circuito, distintas posiciones que determinan una distancia de desgaste. El desgaste se determina por el corte del circuito debido al desgaste del revestimiento. El documento US20080023225 describe un sistema que permite monitorear el estado de una herramienta que está sujeta a trabajo de desgaste de superficie, la herramienta inventada mide el desgaste una vez que la erosión alcanza a la superficie expuesta de este sensor, cuya corrosión es mínima ya que se encuentra formado por elementos de bajo índice de erosión. El sistema funciona gracias a la diferencia ocasionada por el torque para rotar la herramienta que es proporcional al desgaste de la herramienta, permite determinar la progresión de dicho desgaste.

Desde el punto de vista económico, utilizar el método de medición de desgaste de componentes a través de la medición directa con herramientas e instrumentación tradicionales tiene la desventaja de disminuir la producción, debido a la necesidad de realizar inspecciones dentro del equipo, que significan una detención de la producción.

En base a lo anterior, no existe en el estado del arte un perno sensor de desgaste de monitoreo en línea, que pueda determinar la forma precisa y medición en línea del perfil de desgaste en el tiempo óptimo, para el recambio de las piezas desgastadas de los equipos; y que a la vez dicho perno sensor no se vea afectado por los movimientos propios del molino durante la medición en línea.

Los objetivos específicos que pretende implementar la presente invención son aumentar la confiabilidad en la predicción de la fecha para la mantención de cambio de revestimientos de manera de maximizar la productividad y la operación segura de los equipos, como por ejemplo en los molinos rotatorios. Los objetivos específicos que pretende implementar la presente invención están absolutamente relacionados a lograr obtener mediciones confiables que no se vean afectadas por las interferencias, producto de los movimientos vibratorios que tienen los equipos que están siendo medidos.

Otro objetivo de la presente invención, es evitar detenciones exclusivas para medición del espesor de los revestimientos (mayor productividad) y evitar la exposición a riesgos en las detenciones de medición de desgaste por ultrasonido (explosión de bolas, emisión de gases). Más específicamente, se requiere constar con monitoreo en línea del desgaste de los revestimientos de los molinos y así ayudar a predecir el cambio del revestimiento interior de manera de maximizar la productividad y de asegurar una operación segura del molino sin riesgo de daños en la coraza. Aún más, otro objetivo de la presente invención es disminuir la probabilidad de falla crítica y daño permanente en los componentes propios del equipo, por ejemplo del manto del molino debido a la extrapolación lineal de la última medición de ultrasonido. Resumen de la Invención

La presente invención corresponde a un dispositivo sensor electrónico de desgaste, a un perno sensor electrónico de desgaste y a un sistema sensor de desgaste para monitoreo en línea, que mide el nivel de desgaste en diferentes equipos, de cualquier tipo de material, que estén fijos o móviles. El dispositivo sensor electrónico de desgaste (DSED) y el perno sensor electrónico de desgaste (PSED) posee internamente un transductor de a lo menos 2 niveles discretos, que pueden ser configurados por cada PSED a una resolución normal de 10 mm, y que se pueden disponer espacialmente para obtener una resolución virtual mayor mediante varios sensores con configuraciones de transductores traslapadas espacialmente entre sí; y una pieza que protege de la vibración y de los impactos a la electrónica del sensor; que contiene una CPU (que codifica y realiza el procesamiento de señales), un material antiestático; y un transmisor de RF (radio frecuencia). El perno sensor además comprende un cuerpo para contener al transductor. Además, la presente invención comprende el sistema sensor de desgaste

(SSD), el cual está compuesto por:

• Al menos un perno sensor electrónico de desgaste (PSED).

• Estación de recepción de RF y reenvío de datos de sensores de desgaste.

· Pantalla de despliegue del desgaste online en terreno (HMI).

• Servidor de base de datos y Webserver.

• Monitoreo, análisis y despliegue mediante software sobre plataforma WEB.

En una modalidad, el sistema además comprende otro dispositivo sensor que se ubica directamente en el componente sólido, entre dos pernos sensores. El sistema da la confianza al equipo de mantención para la planificación final de la detención, ayuda a la organización de la parada, reduciendo el error de predicción gracias a la medición online del desgaste.

La exactitud de la medición permite evaluar el comportamiento de los revestimientos desde el punto de vista metalúrgico, detectando tasas de desgaste aceleradas en el tiempo.

Breve Descripción de los Dibujos

La invención será descrita a continuación con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: Las figuras 1 y 3 muestran una vista en corte del perno sensor electrónico de desgaste, donde se muestra cada una de las partes que lo componen.

La figura 2 es una vista frontal del perno de la figura 1 armado.

Las figuras 4 y 5 representan vistas ¡sométricas del perno sensor de la presente invención. La figura 6 muestra el perno sensor de la presente invención instalado en un molino rotatorio.

La figura 7 muestra la configuración de los elementos de operación del sistema sensor de desgaste (SSD).

La figura 8 muestra la pantalla de despliegue del desgaste online en terreno. La figura 9 representa una vista del sistema sensor de desgaste para el monitoreo de múltiples molinos.

La figura 10 representa una vista del dispositivo sensor electrónico de desgaste instalado entre dos pernos sensores. Descripción Detallada de la Invención

La presente invención corresponde a un dispositivo sensor electrónico de desgaste y a un perno sensor electrónico de desgaste, los cuales han sido desarrollados para medir en línea, y en forma continua y/o discreta, el nivel de deterioro en cualquier tipo de componente sólido, que durante la vida útil sufra desgaste, como por ejemplo las planchas de revestimientos, que generalmente son utilizados para el recubrimiento interno de los equipos de conminución (proceso de reducción de tamaño de las partículas de mineral). Además, la presente invención se refiere al sistema sensor de desgaste y al procedimiento para medir en línea el nivel de deterioro, de cualquier tipo de componente sólido.

El dispositivo sensor electrónico de desgaste (DSED) está constituido principalmente por un transductor (2) que tiene desde aproximadamente 2 a 16 niveles discretos que pueden ser configurados para cada DSED, por ejemplo embebido en los revestimientos altos y bajos del molino; y por una pieza de material polimérico que protege de las vibraciones y de los impactos (3) que incluye en su interior: una CPU (codificador capaz de identificar el cambio de la variable de estado del transductor y asociarlo a un nivel de desgaste y procesamiento de señal) (5), un material antiestático, por ejemplo en base a polímeros (1 1 ) y un transmisor de radio frecuencia (RF) (6). El dispositivo sensor está diseñado para soportar las condiciones de trabajo que existen en los equipos. Más detalles, de las características técnicas de las partes que conforman el DSED, se entregan más adelante cuando se define el perno sensor electrónico de desgaste.

El perno sensor electrónico de desgaste (PSED) está constituido por un cuerpo sólido (1 ) y un dispositivo sensor electrónico de desgaste que comprende principalmente un transductor y una pieza que protege de las vibraciones que incluye en su interior una CPU (5), un material antiestático (1 1 ) y un transmisor RF (6). El cuerpo sólido del PSED tiene una cavidad en el centro de su cuerpo, para alojar en dicha cavidad principalmente al transductor (2). El transductor se ubica a lo largo de toda la cavidad y tiene desde aproximadamente 2 a 16 niveles discretos, y dichos niveles pueden ser configurados por cada PSED, por ejemplo embebido en los pernos de los revestimientos altos y bajos del molino. El transductor es formado por un circuito eléctrico adosado a la superficie a lo largo del espesor de desgaste a detectar. La acción mecánica de desgaste modifica el circuito eléctrico, generando cambios en algunas de sus variables de estado. El perno sensor está diseñado para soportar las condiciones de trabajo que existen en los equipos. Por su parte, la pieza de material polimérico que protege de las vibraciones y de los impactos (3), incluye en su interior una CPU (5) (codificador capaz de identificar el cambio de la variable de estado del transductor y asociarlo a un nivel de desgaste y procesamiento de señal, filtrado estadístico), un material antiestático (1 1 ), como por ejemplo en base a polímeros, y un Transmisor de Radio Frecuencia RF (6), que funciona con distintas técnicas de modulación de RF y distintas frecuencias de transmisión, entre ellas la FSK de 916 MHz, siendo la potencia de transmisión básica de 1 mW, pero teniendo presente que puede variar dependiendo de las condiciones ambientales que se presenten en el lugar de la instalación y que tiene un algoritmo de anticolisión de datos de otros PSED y/o DSED. La pieza se ensambla al cuerpo del perno en el extremo del vástago.

El sistema sensor de desgaste (SSD) comprende uno ó mas pernos sensores electrónicos de desgaste (PSED); una o más estaciones de recepción RF (9) donde la información de desgaste del perno sensor se almacena como frame y los datos de los pernos sensores electrónicos de desgaste se transmiten por cualquier interfaz de red LAN o Internet, tales como Ethernet, GPRS, 3G; algún tipo de interfaz visual HMI instalada en planta que cuente con respaldo de energía o pantalla de despliegue (7) del desgaste online en terreno, particularmente se compone de un Panel PC; un servidor de base de datos y Webserver (8) cuyas principales características permite la generación de reportes, predicción de la fecha de cambio de revestimientos basado en datos de los PSED, se puede incorporar información de los ultrasonidos, predicción basada en datos de producción (tonelaje) y desgaste actual de los PSED, extracción del perfil de desgaste del cilindro, información histórica de desgaste, desgaste y tasa de desgaste esperada; y una unidad de monitoreo, análisis y despliegue mediante software sobre plataforma WEB, y todo operado por los usuarios (10), a través de computadores centrales.

En una modalidad el sistema sensor electrónico de desgaste comprende al menos dos pernos sensores electrónicos de desgaste y además comprende al menos otro dispositivo sensor electrónico de desgaste ubicado directamente en el componente sólido al cual se le está midiendo el deterioro y no en el interior del perno. Dicho componente sólido tiene una cavidad en la cual se aloja el transductor (2), de dicho al menos otro dispositivo, y la pieza antivibración, de dicho al menos otro dispositiyo,_se_ e_nsambla-. al transductor y sobresale respecto a la superficie del componente sólido. El DSED que se instala directamente en dicho componente se instala entre dos pernos sensores electrónicos de desgaste. Al entrar en funcionamiento esta modalidad del sistema, el comportamiento de todas las partes que conforman el DSED, será equivalente a lo descrito anteriormente, en el caso del sistema con al menos un PSED.

Haciendo referencia a las Figuras N° 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 10, el sistema sensor de desgaste comprende al menos un perno sensor electrónico de desgaste (4), que se compone de un cuerpo sólido (1 ) y un dispositivo sensor electrónico de desgaste (12) que comprende principalmente un transductor (2) y una pieza antivibraciones (3) que incluye: una CPU (codificador y procesamiento de señal) (5), un material antiestático (1 1 ) y un transmisor RF (radio frecuencia) (6); donde dicho cuerpo sólido (1 ) tiene una cavidad en el centro de su cuerpo, la cual es utilizada para alojar la electrónica de detección que está compuesta principalmente por el transductor (2), el cual se ubica a lo largo de toda la cavidad. La pieza (3) que protege de las vibraciones sobresale respecto a la superficie de dicho cuerpo sólido. El sistema consta además de una o más unidades receptoras de RF (9), las cuales se ubican en un punto exterior al perno. El transductor (2) se encarga de transformar cierto nivel de desgaste en un cambio en sus variables de estado, la cual es una serie de circuitos eléctricos instalados a lo largo de todo el perno, los cuales se modifican al momento de alcanzar ciertos niveles de desgaste. El codificador se encarga de identificar el nivel de desgaste asociado al pulso eléctrico entregado por el transductor (2) y codificar la señal. El transmisor (6) envía la señal desde el perno al receptor, el cual decodifica la señal y la asocia a un nivel de desgaste, a un perno sensor y a la zona que corresponda. Para el caso de medición del nivel de desgaste en molinos rotatorios para conminución de minerales, el perno sensor (4) reemplaza a los pernos de sujeción utilizados en la carcaza de un molino rotatorio, como se observa en la figura 6, la cual se encuentra internamente recubierta por revestimientos. Este perno sensor (4) tiene un cuerpo de mayor largo para quedar al mismo nivel al interior del molino rotatorio con el revestimiento. Con esto se busca que el nivel de desgaste del perno sensor (4) y el revestimiento sean iguales. Todos los cambios de geometría no afectan la función prioritaria del perno que es la fijación de revestimientos. El funcionamiento del sistema (figura 7), comienza cuando el revestimiento alcanza un cierto nivel de desgaste predeterminado. En este momento se altera la estructura del circuito del transductor (2), generando de esta forma una alteración de las variables de estado definidas por el diseño.

Además, el perno sensor y el sistema sensor de desgaste también se aplica al monitoreo de múltiples molinos (figura 9), utilizando repetidores para el envío de la información del desgaste. Por lo tanto, es posible detectar online los desgastes excesivos de los revestimientos de interiores de los molinos.

En el caso de los molinos SAG el perno sensor de la invención, tiene su cuerpo exterior fabricado en una aleación de Cr-Mo-Ni SAE 4340, y es forjado y endurecido mediante tratamiento térmico (templado y revenido).

En relación al otro dispositivo sensor electrónico de desgaste que se instala directamente en el componente, su función es detectar el valle que se produce entre los pernos de sujeción con el fin de definir un perfil de desgaste mucho más preciso, abarcando con certeza las áreas criticas de desgaste y tener de ésta manera mediciones complementarias a las realizadas por los PSED. En el caso de los revestimientos de los molinos, para la instalación de este dispositivo se requiere de una perforación realizada por el fabricante en los revestimientos. La instalación de un dispositivo sensor en un molino rotatorio comprende identificar previamente la ubicación de los revestimientos perforados; llenar el orificio con algún tipo de material que permita la estabilización del transductor, tal como por ejemplo una resina; insertar el transductor del DSED en el orificio del revestimiento; conectar el circuito a la pieza antivibración; y sellar la pieza. En la instalación del DSED en el lifter (elevador) del revestimiento se puede colocar algún tipo de material sólido y flexible entre el transductor y la pieza antivibración, con el fin de dar más firmeza a la unión de ambas partes, como por ejemplo un tapón de goma. Una vez instalado el DSED en el revestimiento dicho DSED queda al mismo nivel de la superficie del revestimiento, por lo que al estar en funcionamiento el molino el nivel de desgaste de dicho al menos otro dispositivo y del revestimiento son iguales.