EFICIENCIA ENERGETICA OPTIBAR

7/24/2019 EFICIENCIA ENERGETICA OPTIBAR

1/52

EFICIENCIA ENERGTICACONEXIN MULTICIRCUITAL

Eduardo Wiechmann F (Ph.D.)

Anbal Morales M (ICE)

Septiembre de 2009


2/52

Fundamentos de la Tecnologa

1

1100 100

T

T

VP V I V

R R

RP

1 21 2

1 2

1 2

1 1

1 100 100

T

T

P P PR R

R RP R R

1 R1 R2

1 R


3/52

Ejemplo 1: Conexin Barras Equipotenciales SIN dispersin

1

1100%

1TP

1

R= 0.2

R= 0.2

R= 0.2

R= 0.2

R= 0.2

R= 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

Densidad Corr iente COCI

(Walker)

Densidad Corr iente

Operacin

Densidad Corr ienteBaja


4/52

Ejemplo 2: Conexin Barras Equipotenciales CON dispersin

2

191 5%

0 915TP .

.

1

0.80.6 1.21

10.8 1.41.2

1.21 0.61.4

1.41.2 0.80.6

0.61.4 10.8

R= 0.183

R= 0.183

R= 0.183

R= 0.183

R= 0.183

R= 0.915

1.4

0.6

0.8

1

1.2


(Walker)

Densidad Corr iente

Operacin

Densidad Corr iente

Baja


5/52

Ejemplo 3: Conexin Barras Multicircuitales CON dispersin

3

1100%

1TP

R= 5R= 5R= 5 R= 5 R= 5

1

0.80.6 1.21

10.8 1.41.2

1.21 0.61.4

1.41.2 0.80.6

0.61.4 10.8

1.4

0.6

0.8

1

1.2

R= 1


(Walker)

Densidad Corr ienteOperacin

Densidad Corr iente

Baja


6/52

Ejemplo 4: Conexin Barras Equipotenciales CON cortocircuitos

4

182 2%

0 822TP .

.

R= 0.111

R= 0.2

R= 0.2

R= 0.111

R= 0.2

R= 0.822

1

11 0.21

11 11

11 11

1 11

11 11

1

1

1

1

1


(Walker)

Densidad Corr iente

Operacin

Densidad Corr ienteBaja

0.2


7/52

Ejemplo 5: Conexin Barras Multicircuitales CON cortocircuitos

5

192 9%

0 929TP .

.

1

11 1

11 11

11 11

1 11

11 11

1

1

1

1

1

R= 5R= 5R= 4.2 R= 4.2 R= 5 R= 0.929

Densidad Corri ente COCI

(Walker)

Densidad Corri enteOperacin

Densidad Corr iente

Baja

Densidad Corri enteCOCI

(Optibar)

0.2

0.2


8/52

CONCLUSIN: EQUIPOTENCIALES v/s MULTICIRCUITALES

An cuando la eficiencia energtica depende de cada planta y

el clculo presentado es una abstraccin, resulta evidente que

la conexin multicircuital en fuente de corriente es siempre

superior a la conexin equipotencial o Walker.

2 4

3 5

91 5% 82 2% 75 2%

100% 92 2% 92 2%

Equipotencial

Multicircuital

. . .

. .


9/52

Modelo de Celda Electroltica

Rc Rc Rc Rc

RakRakRakRakRak

A AAA

RakRakRak

V V V V V V V V

KKKK

Rc Rc Rc Rc

Modelo de celd a electroltica usado para amb as con f igur acion es.

Vlid o slo p ara pequeas vari aci on es de p armetros .

Parmetro Valor Nominal Variacin

Rc 0.2 [m] 50% aleatorio

Rak 2.0 [m] Ninguna

Vak 1.5 [V] Ninguna

Para la obtencin de resultados se han variado los parmetros internos de las celdas segn la siguiente tabla.


10/52

Comparacin de Dispersin de Corriente

4

00

420

440

460

480

500

520

540

560

580

600

Conv

encio

nal

Innov

acin

0

4

8

12

16

20

Cantidad de

ctodos

Corriente [A]Convencional

Innovacin


11/52

Distribucin de Corriente: Convencional v/s Multicircuital

Conexin Convencional Conexin Multicircuital


12/52

Cortocircuito nodo-Ctodo: Convencional v/s Multicircuital

Conexin Convencional Conexin Multicircuital

COCI COCI


13/52

Circuito Abierto: Convencional v/s Multicircuital

Conexin Convencional


14/52

Circuito Abierto: Convencional v/s Multicircuital

Conexin Multicircuital


15/52

Circuito Abierto

Un mal contacto o la falta de un electrodo no interrumpe la corriente en el circuito.


16/52

Circuito abierto

Ctodo 1 2 3 413 349 354 326 32714 346 349 336 29215 345 419 254 28916 261 0 260 29017 232 402 337 35618 343 347 344 34319 332 359 361 37420 344 335 357 305

Celda

Comportamiento comprobado en Refinera (ao 2002).

Medicin de densidad de corriente con un ctodo faltante.


17/52

Cosecha de Ctodos

Con Optibar, la cosecha de ctodos puede ser realizada sin inconvenientescon los procedimientos utilizados actualmente.

AAAAAAKKKKK

AAAAKKKK

Primer tercio de ctodos

Segundo tercio de ctodos

Tercer tercio de ctodos


18/52

Cosecha de Ctodos por tercios



19/52

Cosecha de Ctodos por tercios

Conexin Multicircuital


20/52

Marco Cortocircuitador

Este opera del mismo modo en la conexin Convencional como en Optibar.


21/52


Distribucin de Corriente con Conexin Convencional

durante la utilizacin de Marco Cortocircuitador


22/52


Distribucin de Corriente con Conexin Multicircuital

durante la utilizacin de Marco Cortocircuitador


23/52


24/52


25/52

Barra Segmentada


26/52


27/52

Barra Intermedia Original (Optibar 0.0)


28/52

Barra Intermedia Original(Optibar 0.0) ao 2002


29/52

Resultados Planta Piloto Refinera ao 2002 Optibar 0.0

Voltaje de celda [mV]:

TecnologaCeldas

Primer ciclo Segundociclo

Tercer cicloVoltaje de

celdapromedio

BarraSegmentadaCeldas 1 a 9

294.43 350.77 288.45 311.22

BarraConvencionalCeldas 10 a 20

317.98 376.75 302.11 332.28

Voltajes de Celda


30/52

Resultados Planta Piloto Refinera ao 2002 Optibar 0.0

Cantidad de cortocircuitos

TecnologaCeldas

Primerciclo

Segundociclo

Tercerciclo

Cantidadpromedio decortocircuitospor celda-da

Densidadde corriente

decortocircuito

BarraSegmentadaCeldas 1 a 9

35 103 28 0.61 391.92

Barra

ConvencionalCeldas 10 a 20

108 230 56 1.44 >520.00

Ocurrencia de Corto circuitos


31/52

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340

350

360

370

380

390

400

410

420

430

440

450

Densidad de Corriente [A/m2]

Pro

ba

bilida

ddeO

currenc

ia[%]

Convencional

Segmentada Segmentada +5.4%

Segmentada +11.4%

Dispersin de Corrientes Catdicas


32/52

Evaluacin Industrial de Conexin Multicircuital

Refinera Codelco Norte

N Contrato 4500810032

Ao 2009


33/52

Diseo de Optibar 1.0

Tmxima +44C Tmxima +42C


34/52

Barra Optibar 1.0 en operacin en RefineraCodelco Norte en semiseccin 14 1-A (20 celdas).


35/52



36/52



37/52

Alineamiento Fsico utilizando capping board de compuesto polimrico. Elresultado ser mejorado sustancialmente con el uso de los mismos cappingboards plsticos utilizados por la refinera.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 20 40 60 80 100 120

Electrodo

DistanciaentreElectrodos[cm]

Alineamiento Capping Board Plsticos

Alineamiento Capping Board Compuesto Polimrico


38/52

Corrientes catdicas por celda. La prueba de Optibar 1.0 present un 5,7% mejoreficiencia energtica. La proyeccin es alcanzar un 7% con Optibar 2.0.

0

100

200

300

400

500

600

0 10 20 30 40 50 60

Ctodo

Corr

ien

teCat

dica

[A]

Corriente Catdica en Configuracin Convencional con Capping

Board Plstico

Proyeccin corriente Catdica en Configuracin Multicircuital con

Capping Board Plst ico


39/52

Evaluacin Industrial de Conexin Multicircuital

Datos recopilados en Planta en Semisecciones 14-1A y 14-1B desde 27 Abril hasta el 23 de junio de2009. Refinera Codelco Norte. N Contrato 4500810032

Comparacin Distribuciones Corriente DC Walker y Optibar

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Corriente DC Ctodo [A] (ventana de salida)

P

robabilidadOcurrencia[%]

Dist Corr. DC 14-1A

Distr. Corr. DC 14-1B


40/52

Diseo Barra Optibar 2.0


41/52

Diseo Barra Optibar 2.0


42/52

Fabricacin Barra Optibar 2.0 con Base FRP


43/52



44/52



45/52

Resultados preliminares obtenidos en Refinera en Semisecciones 14-1A y 14-1B desde 27

Abril hasta el 23 de agosto de 2009. Codelco Norte N Contrato 4500810032.

Corriente totalizada de ciclo catdico 335.000 [A-da]

Peso obtenido (por Ciclo Catdico por Semiseccin de 20 celdas )


168.000 [kg]

Peso obtenido con Optibar 1.0 + 3,0 %

Peso obtenido con Optibar 2.0 + 5,0 %

Energa consumida( por Ciclo Catdico por Semiseccin 20 celdas)


50,4 [MW-h]

Energa consumida Optibar 1.0 - 5,5 %

Energa consumida Optibar 2.0 - 7,0 %


46/52



Peso Obtenido [kg]

Fecha EnergizacinFecha

Termino

Conexin

Convencional

Conexin

Multicircuital

Incremento

Peso Obtenido [kg]

14/04/2009 23/04/2009 159.400 164.300 + 3.1%

25/04/2009 04/05/2009 184.723 185.217 + 0.27%

06/05/2009 15/05/2009 180.176 181.457 + 0.71%

15/05/2009 24/05/2009 186.314 186.458 + 0.08%

05/06/2009 14/06/2009 139.807 156.252 + 11.8%

15/06/2009 24/06/2009 168.438 175.503 + 4.2%

25/07/2009 03/08/2009 162.097 166.611 + 2.8%

04/08/2009 12/08/2009 174.173 183.315 + 5.3%


47/52



5,5

5,6

5,7

5,8

5,9

6

6,1

6,2

6,3

6,4

6,5

6,6

05-may 06-may 07-may 08-may 09-may 10-may 11-may 12-may 13-may 14-may 15-may

Tiempo [das]

Vo

lta

jeSem

isecc

in

[V]

Semiseccin Conexin Optibar

Semiseccin Conexin Convencional

Evolucin voltajes Semisecciones Convencional y Optibar durante un ciclo catdico


48/52



45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

0 10 20 30 40 50 60

Ctodo

Tempera

tura

[C]

Celda Optibar

Celda COnvencional

Temperatura de contactos en Barras Optibar es 10C en promedio menor que enbarras Convencionales para las mismas condiciones de operacin.

P i R d i C B fi i T l M l i i i l


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Proyeccin Reduccin Costos y Beneficios con Tecnologa Multicircuital

ProduccinAnualCobre

[TMF/ao]

ConsumoEnergaElctrica

[MJ/TMF]

Precio PromedioEnerga

[US$/MWh]

Costo AnualEnerga

[MUS$/ao]

AhorroEnergtico

Ahorro AnualCostos

[MUS$/ao]

EW 140.000 10.700 150 62,5 + 5% 3,12

ER 700.000 1.285 150 37.5 + 7% 2.63

ProduccinAnualCobre

[TMF/ao]

PrecioPromedio

Cobre Grado A[US$/lb]

IncrementoProduccin

Cobre

IncrementoIngresos Anual

[MUS$/ao]

EW 140.000 2.0 + 5% 30.86

ER 700.000 2.0 + 5% 154.3

P i R d i E i i GEI T l M l i i i l


50/52

Proyeccin Reduccin Emisiones GEI con Tecnologa Multicircuital

Emisin GEI[TM CO2eq/TMF]

Produccin AnualCobre

[TMF/ao]

Emisin AnualGEI

[TM CO2eq/ao]

AhorroEnergtico

Reduccin EmisinAnual GEI

[TM CO2eq/ao]

EW 2,81 140.000 393.400 5% 19.800

ER 0,3 700.000 210.000 7% 16.700

Emisin GEI[TM CO2eq/TMF]

Produccin AnualCobre

[TMF/ao]

Emisin AnualGEI

[TM CO2eq/ao]

IncrementoProduccin

Cobre

Reduccin EmisinAnual GEI

[TM CO2eq/ao](adicionales)

EW 2,81 140.000 393.400 + 5% 19.700

ER 0,3 700.000 210.000 + 5% 10.500

REFERENCIAS


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REFERENCIAS

Copper Electrowinning using Segmented Intercell Bars for Improved current distribution, E.P.Wiechmann, G.A. Vidal, A.J. Pagliero and J.A. Gonzlez, Canadian Metallurgical Quarterly, Vol. 41, N 4, pp.425-432, 2002.

TechnologicalImprovement In Copper Electrometallurgy: Optibar Segmented Intercell Bars (PatentPending). Guillermo A. Vidal, Eduardo P. Wiechmann, Antonio J. Pagliero. Canadian MetallurgicalQuarterly ISSN 008-4433, Vol 44, N 2 pp 147-154, April 2005.

Current-Source Connection of Electrolytic Cell Electrodes: An Improvement for Electrowinning andElectrorefinery. Eduardo P. Wiechmann, Member, IEEE, Guillermo A. Vidal, and Antonio J. Pagliero,IEEE Transactions On Industry Applications ISSN 0093-9994, Vol. 42, N 3, May/June 2006. ISI. Electedbest Transaction paper for the Mining Industry Committee.

Short-Circuit Detection for Electrolytic Processes Employing Optibar Intercell Bars,Aqueveque, P.E.; Wiechmann, E. P.; Burgos, R. P.; Industry Applications, IEEE Transactions on Volume 45, Page(s):1225 1231, Issue 4, July-Aug. 2009.

REFERENCIA


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REFERENCIA

Short-Circuit Detection for Electrolytic Processes Employing Optibar Intercell Bars,Aqueveque, P.E.; Wiechmann, E. P.; Burgos, R. P.; Industry Applications, IEEE Transactions on Volume 45, Page(s):1225 1231, Issue 4, July-Aug. 2009.

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