Instrumentos de monitoreo para presas de relaves: una guía práctica de selección de campo

Las presas de relaves rara vez fallan sin previo aviso. Mucho antes de que suceda algo dramático, las lecturas comienzan a desviarse. Las presiones de poro aumentan, las tasas de filtración cambian, el estanque decantador se encuentra más alto de lo que se asumió en el diseño, una pendiente se mueve unos pocos milímetros a lo largo de una temporada. El único propósito de monitorear los instrumentos para las presas de relaves es detectar esas derivas con suficiente antelación para que alguien todavía tenga tiempo de responder.

En Wuxi Huihua Special Instrumentation hemos estado construyendo instrumentos industriales de presión, nivel y temperatura desde 2001, principalmente para el final poco glamoroso del trabajo: medidores y transmisores que tienen que seguir trabajando en medio del polvo, las vibraciones, el calor y largos periodos de tiempo sin nadie a su lado. Lo que sigue no es una especificación de monitoreo geotécnico. Es un recorrido práctico por las familias de instrumentos que componen un programa de monitoreo de relaves, dónde encaja cada uno de ellos y en qué vale la pena pensar cuando los especificas para un sitio que está a horas de distancia del taller más cercano.

Por qué una instalación de relaves requiere más instrumentos que una planta normal

Una instalación de almacenamiento de relaves es una estructura construida a partir del propio flujo de desechos y luego levantada nuevamente, temporada tras temporada, a medida que continúa la producción. No es un objeto terminado con una vida de diseño fija. El terraplén que está monitoreando este año no es exactamente el que instrumentó hace cinco años, y eso cambia lo que espera de cada sensor que se encuentra en él.

La mayoría de estos sitios también están lejos de todo. Se encuentran en desiertos con alta radiación ultravioleta, en cinturones de lluvias tropicales, en valles montañosos que se congelan, en costas donde el aire salado devora los conectores. Los instrumentos tienen que sobrevivir una década con atención intermitente, lo cual es un requisito muy diferente al de un instrumento de planta colocado en una sala con clima controlado y un técnico pasando junto a él en cada turno.

Las señales en sí son lentas y pequeñas: milímetros de movimiento, kilopascales de presión de poro, litros por segundo de filtración. Eso significa que la deriva, la compensación y la estabilidad a largo plazo son tan importantes como la cifra de precisión en la hoja de datos. Un instrumento que lee maravillosamente el primer día pero que se desvía un dos por ciento al año eventualmente ocultará una tendencia real dentro de su propio error.

Los programas de monitorización suelen combinar dos familias de hardware. La parte geotécnica incluye piezómetros de cuerda vibrante, inclinómetros, extensómetros, conjuntos de formas, prismas y estaciones GNSS. El lado industrial incluye transmisores de presión, instrumentos de nivel, sensores de temperatura, medidores de flujo y las válvulas y accesorios que los rodean. Los dos se superponen más de lo que la gente espera, porque un piezómetro de tubo vertical es, al fin y al cabo, una columna de agua que alguien tiene que medir.

Los parámetros que más importan

La siguiente tabla es la versión corta de un plan de seguimiento típico. Cada fila tiene una tendencia asociada, y la tendencia, no el valor instantáneo, es lo que normalmente desencadena una conversación.

Presión de poro y filtración: donde los instrumentos de presión se ganan el sustento

La presión de poro es el parámetro que pone nerviosos a los ingenieros, y con razón. La presión del agua dentro del terraplén separa los granos del suelo y reduce la tensión efectiva que mantiene unida la pendiente. Cuando la superficie freática sube, el margen de seguridad cae, a menudo sin ningún cambio visible en la superficie.

Para el interior del núcleo de una presa, los piezómetros de cuerda vibrante siguen siendo la opción estándar porque son estables durante largos períodos y toleran tendidos de cable húmedos. Pero hay una gran parte del sitio que está mejor atendida con instrumentos industriales comunes: tuberías verticales, sumideros de recolección de filtraciones, drenajes inferiores, drenajes de pies y pozos tranquilizadores. En esos lugares, un transmisor de presión instalado a una profundidad conocida, o un transmisor de nivel sumergible sumergido en un tubo vertical, le brinda un registro continuo por una fracción del costo.

La selección se trata principalmente de los detalles. Decida si desea calibre o referencia absoluta y si el cable debe estar ventilado. Tenga margen de maniobra por encima de la presión más alta que espera, porque un transductor que funciona cerca del tope de su rango es un transductor que no durará. Si el agua es agresiva, añadir un sello de diafragma con un líquido de relleno adecuado a la temperatura. Y mantenga las líneas de impulso cortas y drenantes; una bolsa de aire atrapada en una línea de agua es una de las causas más comunes de una lectura que poco a poco deja de tener sentido.

Transmisor de presión inteligente YSZC-7 con compensación digital HART La compensación digital y la salida HART se adaptan a este transmisor de presión para una medición estable y verificable en líneas de proceso donde la desviación de la calibración y el acceso al mantenimiento son importantes. Ver producto →

Los transmisores inteligentes con compensación digital son una buena opción para este trabajo porque mantienen mejor su calibración ante cambios de temperatura y porque una salida HART o digital le permite verificar la electrónica sin alterar la conexión del proceso.

Niveles de agua: estanque decantador, agua de retorno y sumideros de recolección

Level es donde reside la mayor variedad de tecnologías. Los instrumentos de radar y ultrasonidos miran el estanque decantador desde un mástil o un puente y nunca tocan el agua, lo cual es una verdadera ventaja cuando la superficie está cubierta de espuma o escombros. El radar de onda guiada funciona bien en pozos tranquilizadores y en tuberías verticales estrechas, donde un haz de espacio libre rebotaría en las paredes. Los transmisores sumergibles manejan sumideros, pozos, tanques, estanques de agua de retorno y cualquier lugar donde se pueda tender un cable hasta el punto de medición.

Para la ruta sumergible, las cuestiones prácticas son sencillas. ¿El cable está protegido mecánicamente en todo su recorrido? ¿Está el cuerpo realmente sellado para una inmersión continua en lugar de simplemente salpicarlo? ¿Se acumulará limo, arena o hielo en el diafragma? ¿Se puede limpiar el diafragma en su lugar? Un instrumento de nivel que debe sacarse de un sumidero cada vez que se atasca quedará silenciosamente fuera del programa de mantenimiento.

Transmisor de Nivel de Inmersión con Sellado IP68 y Convertidor Separado Las opciones de sellado IP68 y convertidor separado hacen que este transmisor de nivel de inmersión sea adecuado para sumideros donde la inmersión continua y el acceso a la limpieza son importantes. Ver producto →

En sitios grandes, el cableado a través de una playa de relaves suele ser el mayor costo individual del presupuesto de monitoreo, y también es la parte que falla primero. Cuando la excavación de zanjas no sea práctica, sensores inalámbricos de monitoreo de procesos LoRaWAN le permite colocar una medición de presión o nivel donde los datos realmente importan y recopilarlos en una puerta de enlace cerca de la oficina del sitio. Trate el enlace de radio como un instrumento más que debe mantenerse: verifique la batería y la intensidad de la señal en el mismo horario que sus calibraciones.

El lado del proceso: líneas de lodos, ciclones y agua recuperada

Una instalación de relaves es también una planta de proceso en funcionamiento, y su monitoreo de confiabilidad depende en gran medida del concentrador. La presión de alimentación del ciclón, la presión de la tubería en la descarga de la bomba, la presión del agua recuperada y la presión diferencial entre los filtros son lecturas que los operadores verifican diariamente y sirven como advertencias tempranas para la presa misma. La caída de la presión del ciclón o el cambio en la curva de la bomba generalmente aparecen antes de que alguien note un cambio en la geometría de la playa.

La lechada es abrasiva y castiga los instrumentos estándar. Los manómetros de diafragma con un elemento sensor empotrado o protegido manejan el servicio mucho mejor que un tubo Bourdon desnudo, y los manómetros de alta resistencia con movimientos reforzados son la respuesta correcta para el lado de alta presión de un circuito hidráulico o de bombeo. Cuando el medio también es corrosivo, el material del diafragma y el fluido de llenado contribuyen más a la vida útil que cualquier otra decisión que usted tome.

Micromanómetro de caja de membrana serie YE El elemento de la caja de membrana se adapta a mediciones de baja presión de gas o vapor limpios y no corrosivos, y las válvulas de aislamiento hacen que el mantenimiento sea práctico. Ver producto →

Aquí también merecen una mención las válvulas y colectores. Un instrumento de presión es tan bueno como el aislamiento que tiene delante. Las válvulas de aguja y los bloques de colectores adecuados permiten que un técnico purgue, ventile y cambie un medidor sin cerrar la línea, lo que hace que un régimen de mantenimiento sea realista en el sexto año en lugar de solo en el uno.

Temperatura, clima y lecturas que cambian silenciosamente

La temperatura parece la medida menos interesante en un sitio de relaves hasta que algo sale mal. La temperatura del lodo y del agua recuperada influye en la densidad y, por lo tanto, en cada interpretación de presión y nivel que se realice aguas abajo. Las condiciones bajo cero congelan los tubos verticales, agrietan los cuerpos de los transmisores y cambian el comportamiento de los fluidos de llenado dentro de los sellos de diafragma. El calor ambiental elevado, especialmente bajo el sol directo sobre un soporte de instrumentos sin sombra, desplaza los ceros y acorta la vida útil de los componentes electrónicos.

En lo que respecta al proceso, los RTD y los termopares cubren la temperatura del lodo, el agua y la tubería, mientras que los termómetros bimetálicos siguen siendo el control local confiable cuando alguien está parado junto a la válvula buscando una segunda opinión. Para puntos calientes, enterrados o inalcanzables, los termómetros capilares remotos colocan el dial en algún lugar donde una persona pueda leerlo.

Independientemente de lo que instales, sombrea. Un simple protector solar y una carcasa debidamente sellada contribuyen más a la precisión a largo plazo en un sitio expuesto que una mejora en la clase de precisión, y cuestan mucho menos que la recalibración que evitan.

Especificar instrumentos para un sitio que está lejos de todo

El entorno debería impulsar la especificación más que el catálogo. Si un transmisor se coloca en un tubo vertical durante una temporada de lluvias, una clasificación de protección de ingreso que realmente sobreviva la lluvia torrencial y el polvo no es opcional. Si se instalará cerca de una granja de combustible, un taller o una línea de hidrocarburos, necesita la certificación adecuada para áreas peligrosas, y el certificado debe ser para el modelo exacto y la clase de temperatura que está solicitando, no para uno similar de la misma familia.

La potencia y la señal merecen la misma honestidad. Los sistemas solares y de baterías en un sitio remoto no tolerarán un instrumento que consuma más del presupuesto permitido, y los cables largos hasta un sumidero en el otro lado de la playa no tolerarán una señal que necesita una tierra limpia que usted no pueda proporcionar. Donde el sitio está expuesto todo el año, Instrumentación para exteriores con clasificación IP68 elimina una categoría de falla que de otro modo estaría solucionando cada temporada de lluvias.

Finalmente, resista cambiar de modelo a mediana edad por pequeños ahorros. Las tendencias se leen a lo largo de los años y un reemplazo comparable mantiene el registro histórico comparable. Si debe cambiar el modelo, la gama o el líquido de sellado, anótelo y marque la fecha en la tabla.

Hábitos de mantenimiento que mantienen honesta una red de monitoreo

Los técnicos de instrumentos generalmente no mantienen los instrumentos en un sitio de relaves. Los mantiene quienquiera que esté en el sitio esa semana, por lo que los procedimientos deben ser lo suficientemente simples para sobrevivir a esa realidad.

1. Registre una línea base instalada, incluido el desplazamiento cero, en una condición de referencia conocida y guárdela con el número de etiqueta.
2. Calibre según un cronograma fijo en lugar de cuando una lectura parezca extraña, y archive el certificado en el instrumento, no en la carpeta del proyecto.
3. Verifique los instrumentos redundantes entre sí, especialmente cuando un piezómetro y un tubo vertical observen la misma zona.
4. Inspeccione las cosas aburridas en cada visita: condensación en recintos, líneas de impulso bloqueadas, nidos de insectos en las rejillas de ventilación, cables irritados, prensaestopas sueltos.
5. Mantenga repuestos del mismo modelo y gama en la tienda del sitio, porque una entrega de tres semanas supone un intervalo de tres semanas en el registro.
6. Registre cada cambio de modelo, rango, líquido de llenado o profundidad de instalación, para que un futuro revisor pueda distinguir un movimiento real de un cambio de hardware.

Cómo colocar el lado correcto del instrumento

Para que quede claro lo que hacemos y lo que no hacemos: no fabricamos piezómetros de cuerda vibrante, inclinómetros ni equipos GNSS. Nuestro trabajo es la capa de medición industrial que los rodea, los instrumentos de presión, nivel y temperatura que vigilan las tuberías, sumideros, estanques, fuentes verticales y corrientes de proceso, y los accesorios que permiten aislar, ventilar y reparar esos instrumentos. Con más de treinta series de productos y varios miles de especificaciones a nuestras espaldas, gran parte de lo que enviamos se adapta a un medio, conexión o posición de montaje particular, en lugar de sacarlo de un estante.

Si está elaborando un plan de monitoreo para una instalación de relaves, lo más útil que puede enviarnos es las condiciones de trabajo: cuál es el medio, cuál es el alcance esperado, cómo se montará el instrumento y qué le hace el sitio durante un año. A partir de ahí, la selección del instrumento tiende a volverse obvia y los argumentos que quedan son los que vale la pena tener.