MEMORIA DESCRIPTIVA CAMPO TECNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un cobertor, un sistema y un método que permite monitorear los cortocircuitos en las celdas de una refinería en tiempo real y a gran escala. Más específicamente, la presente invención se refiere a un cobertor termosensible que tiene la capacidad de cambiar el color, por el aumento de temperatura que provoca un cortocircuito y el sistema que es capaz de automatizar el monitoreo de cambio de colores en dicho cobertor, así como el método para llevarlo a cabo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Uno de los incidentes que más perjuicio causa en los procesos de electrorefinación y electroobtención, son los cortocircuitos entre ánodos y cátodos. Estos cortos son tan comunes que representan más del 5% del consumo total de energía de las plantas que producen cátodos de cobre AAA.

Las razones de estos cortocircuitos son principalmente fallas físicas en los electrodos (ánodos o cátodos doblados), lo que causa que éstos se toquen y hagan corto.

Dependiendo del voltaje y la corriente de la celda electrolítica, estos cortocircuitos pueden pasar desde un calentamiento súbito del cátodo a llegar incluso a un incendio. Una de las razones por las cuales los cortocircuitos consumen tanta energía, se debe a que no se pueden detectar inmediatamente, en cuanto ocurre el contacto entre un cátodo y un ánodo. La razón para ello es debido a que en las plantas de electrorefinación y electroobtencion, es un procedimiento estándar el cubrir las celdas electrolíticas en producción con cubiertas plásticas opacas. Estas cubiertas cumplen la función de aislante térmico para mantener la temperatura del electrolito y también para capturar la neblina acida, en el caso de la electroobtencion. Un efecto secundario de estas cubiertas es que no permiten ver ni detectar los puntos altos de temperatura de los ánodos y cátodos a través de sensores térmicos.

Para detectar los cortocircuitos, el procedimiento se basa en una cuadrilla de trabajo de 4 o 5 operadores quienes proceden a retirar la cubierta plástica de un grupo de celdas electrolíticas (6 u 8) y proceden a revisar uno a uno cada electrodo con cámaras térmicas portátiles para detectar cuales sobrepasan los 90 grados, y que indican claramente, que hay un corto. Una vez detectado un cortocircuito, los operadores marcan el cátodo o ánodo cortocircuitado con pintura, y se retiran para inspeccionar la zona siguiente aledaña con otro grupo de celdas electrolíticas.

Mientras inspeccionan el siguiente grupo de celdas electrolíticas, las celdas marcadas con cortocircuito quedan descubiertas, lo que impacta en la temperatura del electrolito, el que tiende a enfriarse generando problemas de calidad en los cátodos. Una vez terminada la inspección del conjunto de celdas seleccionadas, el mismo grupo de operadores procede a retirar uno a uno, cada electrodo en cortocircuito y reemplazarlo por uno en buenas condiciones. Debido a esto, la detección y corrección de cortocircuitos es muy lenta. Muchas veces en la práctica común de una planta, se tiene solo un grupo de operadores de inspección por turno de trabajo, y si consideramos que la nave de electrorefinación de las grandes compañías mineras, posee del orden 2000 celdas electrolíticas, es claro que este procedimiento es extremadamente lento y discreto.

En el estado del arte, se han intentado varios métodos de monitoreo de los cortocircuitos en celdas electrolíticas. Así por ejemplo, en el documento US 3,792,457 se divulga una unidad eléctrica para detectar una intensidad de campo magnético constante producido por el flujo de corriente directa, que se monta en un carro a una distancia fija de la superficie de rodadura del carro y que está conectado eléctricamente con un circuito con medios de indicación, que puede ser medios visuales, tales como una luz, o una alarma audible o ambas, en respuesta a la detección de un campo magnético de intensidad mayor, que es producido por el flujo de corriente eléctrica de hasta un amperaje máximo normal predeterminado. El carro está, preferiblemente, en la forma de un trineo adaptado para ser empujado o tirado a través de una pluralidad de barras de suspensión de electrodos dispuestos en serie a lo largo de una celda electrolítica. La unidad de detección posee un magnetodiodo, que puede ser cualquiera de posibles alternativas, como por ejemplo, relés de contacto, conectados eléctricamente a circuitos de control adecuado.

En el documento US 3,809,902 divulga un método y aparato para detectar la existencia de condiciones de cortocircuito entre electrodos adyacentes situados en una celda electrolítica. Las celdas electrolíticas tienen una pluralidad de ánodos y cátodos, los cuales están inmersos sustancialmente en el electrolito y no pocas veces se desarrollan condiciones de cortocircuito causado por el contacto físico entre los electrodos adyacentes. En este documento, se divulgan la detección de las condiciones de cortocircuito incipiente en una celda electrolítica, mediante el escaneo de la superficie de la celda con un aparato de detección de infrarrojos en condiciones de exploración que permiten la detección de la anomalía térmica, creado por la existencia de la condición de cortocircuito. El método y el aparato son útiles para explorar un gran número de celdas electrolíticas que se encuentran en una planta de producción, de modo que cada una de las celdas pueden ser evaluadas rápidamente, para determinar la posible existencia de condiciones de corto circuito incipientes. Para llevar a cabo esta inspección, el aparato comprende un carro con rieles longitudinales y transversales montados por sobre las celdas, por ejemplo en el techo de la nave de celdas, los cuales portan un carro con sensores infrarrojos y que se mueve de manera programada por sobre una zona de inspección de la nave de celdas electrolíticas. Al detectar un aumento de la temperatura, los circuitos electrónicos ubicados al interior del carro, envían una señal a una sala de control.

El documento US 4,174,267 divulga un método y aparato para ajustar el espacio entre un ánodo y un cátodo en una celda electrolítica, en el que las mediciones de corriente y mediciones de voltaje se obtienen para los conductores de los conjuntos de ánodo y se compararan con estándares predeterminados para los mismos conductores y los conjuntos de ánodo. La medición de la desviación de los estándares predeterminados, se utilizan para determinar el ajuste ánodo. Un procesador digital conectado a una unidad de motor, está adaptado para controlar la subida o bajada de los conjuntos de ánodos, cuando las señales eléctricas están fuera de rango. En una realización preferida, los posibles cortocircuitos incipientes se detectan y se evitan por la implementación del método que comprende: (a) obtener la diferencia entre dos señales de corriente sucesivas para un conductor seleccionado y duplicar la diferencia para obtener una diferencia de corriente total; (b) obtener la diferencia entre dos señales de corriente sucesivas para el conductor adyacente al conductor seleccionado y añadir la diferencia para cada conductor adyacente, para obtener una diferencia de corriente total adyacente; (c) restar ambos valores para obtener un resto R para el conductor seleccionado, y (d) elevar el ánodo seleccionado cuando R excede de una diferencia en más de aproximadamente 0,5 por ciento. El documento US 2007/0284262 divulga un método de detección de cortocircuitos y contactos deficientes en una celda electrolítica. La celda comprende un contenedor de electrolito con al menos un par de ánodos y cátodos, el contenedor comprende una entrada lateral del flujo de electrolito y una salida lateral del flujo de electrolito, medios de transmisión de comunicación y transmisión eléctrica, comprendiendo el método: (a) pasar una corriente eléctrica de un pre-determinado amperaje a través de la celda;: (b) medir la caída de tensión en la celda en el lado de entrada del flujo del electrolito y en el lado de salida del flujo del electrolito; (c) comparar la tensión del electrolito del lado del flujo de entrada contra la tensión de electrolito del lado de flujo de salida, y (d) comparar el voltaje del flujo de entrada del electrolito y del flujo de salida del electrolito, con respecto a un valor de voltaje predeterminado.

En general, en el estado del arte existen sistema para detectar los cortocircuitos, que se producen en una celda electrolítica, pero ellos requieren de sensores, controladores, medios de movimiento y una electrónica especialmente diseñada, para cumplir con este objetivo. Sin embargo, todos estos sistemas, son complejos de implementar, y es en definitiva, por esta razón, que no se encuentran implementados en la práctica, por las compañías mineras. RESEÑA DE LA INVENCION

La presente invención, combina la solución de utilizar la cubierta que evita que el electrolito se enfríe y que evita que la neblina ácida generada por una celda de electroobtención, salga hacia el exterior. Esta invención propone un medio de inspección, sin necesidad de levantar las cubiertas que tapan la celda electrolítica, ni efectuar inspecciones puntuales con cámaras térmicas. Asimismo, la presente invención, provee un sistema de monitoreo en tiempo real del cambio de colores de los cobertores.

La invención propuesta para solucionar este problema consiste en un cobertor plástica que contiene pigmentos termo-cromáticos. Estos pigmentos de uso industrial, tienen la propiedad de cambiar de color según la temperatura a la que son expuestos y pueden ser fabricados para que tengan colores específicos y que cambien de coloración a una temperatura definida, por ejemplo a 90 grados que es la temperatura que indica el inicio de un cortocircuito. Gracias a esta esta propiedad, el cobertor podrá cubrir las celdas en producción y mantendrá un color regular conocido (por ejemplo, blanco) con temperaturas de operación de la celda, entre 65 a 80 °C. Si se produce un cortocircuito, el lugar exacto en donde éste se produce cambiará rápidamente de color, por ejemplo, a un rojo brillante, dado que bajo la cubierta el área donde se encuentra el cátodo en cortocircuito, subirá rápidamente la temperatura a 90 °C o más, mientras que el resto de la superficie se mantendrá blanca. De esta manera la detección de un cortocircuito se podrá hacer apenas se produzca y a plena vista, sin necesidad de instrumentos de análisis térmico o medios electrónicos complejos.

Esta invención tiene la ventaja de que al no necesitar destapar las celdas para inspeccionarlas, el electrolito no bajará su temperatura, y además, los operarios de inspección podrán dedicarse solamente a remover los cortocircuitos y no a buscarlos. Con esto además, se duplica el tiempo disponible de horas hombre para corregir los cortocircuitos.

Otra ventaja de la presente invención, es que los cortocircuitos pueden ser detectados con cámaras comunes, como por ejemplo cámaras de segundad, y se podrá monitorear la nave de celdas electrolíticas completa en tiempo real. Si además se asocia un software de reconocimiento de imágenes, que detecte automáticamente el cambio de color, se podrá automatizar una alarma a los operarios, que ahora solo estarán dedicados a corregir cortocircuitos indicándoles el lugar exacto del problema. Por ello, la presente invención, propone también un sistema automatizado y un método para el control de cortocircuitos.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Los dibujos que se acompañan, se incluyen para proporcionar una mayor compresión y explicar los principios de la presente invención y constituyen parte de la descripción. La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una nave de celdas electrolíticas, en donde se encuentran instalados los cobertores de la presente invención.

La figura 2 muestra una vista en perspectiva de una celda electrolítica, en donde está instalado un cobertor de la presente invención, el cual muestra un cambio de color.

La figura 3 muestra una vista en perspectiva de una celda electrolítica, en donde está instalado un cobertor de la presente invención, el cual muestra un cambio de color y en donde la celda es inspeccionada por un operador.

La figura 4 muestra una vista en perspectiva en corte de una celda electrolítica, en la cual está instalado el cobertor de la presente invención, mostrando el ánodo que está sobrecalentado por efecto de un cortocircuito.

La figura 5 muestra un esquema de los elementos constitutivos del sistema automático de monitoreo de los cobertores de la presente invención. DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un cobertor termosensible que tiene la capacidad de cambiar el color, por el aumento de temperatura que provoca un cortocircuito y un sistema que es capaz de automatizar el monitoreo de cambio de colores en dicho cobertor, para la detección temprana de cortocircuitos, así como el método para llevarlo a cabo. El cobertor de la presente invención, tiene un largo y un ancho que coincide con el largo y ancho de la celda electrolítica donde será instalado. El material utilizado en su confección, es un plástico que contiene pigmentos termo-cromáticos, que tienen la propiedad de cambiar de color según la temperatura a la que es expuesto el material. Dichos pigmentos son introducidos en el plástico y están diseñados para tengan colores específicos para que cambien su coloración, respecto a una temperatura a la cual es expuesto material. Así por ejemplo, cuando el cobertor (2) es instalado sobre una celda electrolítica (1 ), éste mantendrá un color uniforme conocido, por ejemplo blanco, el cual está programado para que las temperaturas de operación de la celda, entre 65 a 80 °C, mantengan siempre esta coloración. Sin embargo, si la temperatura alcanza un valor de 90 °C o más, que es la temperatura que indica el inicio de un cortocircuito en los electrodos (6), el pigmento seleccionado para marque esta temperatura, puede ser de color rojo. Gracias a esta esta propiedad, si se produce un cortocircuito, en una zona (5) exacta del cobertor (2), en donde dicho cortocircuito se produce, dicha zona (5) cambiará rápidamente a color rojo, dado que bajo el cobertor (2) el área donde se encuentra el electrodo en cortocircuito, subirá rápidamente la temperatura a 90 °C o más, mientras que el resto de la superficie del cobertor se mantendrá blanca.

Haciendo ahora referencia a los dibujos, en la figura 1 se aprecia una nave con una pluralidad de celdas electrolíticas (1 ), las cuales está cubiertas por un cobertor (2), que tiene un ancho y un largo similar al ancho y largo de la superficie de dicha celda electrolítica (1 ). Un operador (3) situado en un pasillo (4) de la nave de caldas (1 ), observa un grupo de cobertores que se mantienen en un color X, preferentemente blanco, mostrando que las celdas están operando en un rango de temperatura normal de entre 65 a 80 °C.

En la figura 2, se muestra un cobertor (2) instalado sobre una celda electrolítica (1 ), el cual en una zona (5), éste ha cambiado a un color Y, preferentemente rojo, mostrando que la temperatura ha aumentado a 90 °C o más.

En la figura 3, se muestra un operador de planta (3) que está sobre un pasillo (4) levantando el cobertor (2) situado sobre la celda electrolítica (1 ). El operador (3) levanta solo la zona (5) que ha cambiado al color Y con lo cual se visualiza inmediatamente, que bajo esa zona (5), un electrodo ha entrado en cortocircuito. Ello, permite llamar a un grupo de operarios, para que realicen las labores de recambio de los electrodos, del tal forma que la celda (1 ) siga operando normalmente.

La figura 4, muestra específicamente que debajo del cobertor (2) en la zona (5), donde ha cambiado de un color X a un color Y, se evidencia que un electrodo (6), que en este caso es un ánodo, está cortocircuitado en la celda electrolítica (1 ). Este cambio de color, permite a un operador de manera visual, identificar el lugar preciso donde se está produciendo el cortocircuito. Sin embargo, el monitoreo de los cobertores (2) y su cambio de color de X a Y, puede ser realizado de manera automatizada.

Para ello, la presente invención propone un sistema, conformado por los cobertores (2) instalados sobre las celdas electrolíticas (1 ). En la figura 5, se observa que los cobertores (2) están siendo vigilados por al menos una cámara de video (7) convencional, que transmite la imagen a un centro de control, donde existe un computador (8) que actúa como monitor para mostrar las imágenes captadas por la cámara de video (7). Un operador de vigilancia en el centro de control, al estar al frente del computador (8), puede advertir que se está generando un cortocircuito por el cambio de color de X a Y de un cobertor (2) que está sobre una determinada celda electrolítica (1 ) de la nave. Este operador de vigilancia, puede advertir por radio al operador de planta (3), informando el lugar específico donde se está produciendo el cortocircuito, para que se tomen las acciones tendientes a cambiar los electrodos (6).

Este sistema, puede ser automatizado, si el computador (8) tiene un software de análisis de imagen, que permita detectar el cambio de color de X a Y, e informar a través de un medio de transmisión inalámbrico (9) al operador de planta (3), el lugar específico donde se está produciendo el cortocircuito.

Para operar el sistema de monitoreo de cortocircuitos en una nave de celdas electrolíticas, se propone el siguiente método:

(a) colocar un cobertor (2) sobre una celda electrolítica (1 ) en donde dicho cobertor (2) está diseñado para tener un color X uniforme en toda su superficie cuando la temperatura de operación de la celda electrolítica (1 ) se encuentra en un rango de entre 65 a 80 °C, y en donde dicho cobertor (2) cambia a un color Y en una zona (5), cuando la temperatura alcanza un valor de 90 °C o más;

(b) transmitir la imagen de dicho cobertor (2) a través de una cámara (7) hacia un centro de control donde es recibida por un computador (8);

(c) procesar dicha imagen para determinar si dicho cobertor (2) ha cambiado de color de X a Y, en alguna zona (5); y

(d) transmitir a un operador de planta (3) la ubicación de la celda electrolítica (1 ) asociada a dicho cobertor (2) que ha cambiado de un color X a un color Y, en una zona (5) localizada en la superficie de dicho cobertor (2).