WO2017106982A1 - Un sistema para la detección temprana de cortocircuitos y contactos eléctricos débiles - Google Patents

Un sistema para la detección temprana de cortocircuitos y contactos eléctricos débiles Download PDF

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WO2017106982A1
WO2017106982A1 PCT/CL2016/050073 CL2016050073W WO2017106982A1 WO 2017106982 A1 WO2017106982 A1 WO 2017106982A1 CL 2016050073 W CL2016050073 W CL 2016050073W WO 2017106982 A1 WO2017106982 A1 WO 2017106982A1
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bending
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Pablo Andrés SUAREZ LOIRA
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ASESORIAS Y SERVICIOS INNOVAXXION SpA
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ASESORIAS Y SERVICIOS INNOVAXXION SpA
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/06—Detection or inhibition of short circuits in the cell
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/12—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance

Definitions

  • the present invention relates to a short circuit detection system and a method that allows monitoring of short circuits or weak electrical contacts or electrodes without electrical contact, in the cells of a large-scale real-time refinery. More specifically, the present invention relates to a system formed by a plate whose upper face is painted with a heat-sensitive paint that has the ability to change the color, due to the increase in temperature caused by a short circuit, said plate being placed in the upper portion. of a contact bar of a cathode, which adheres to it through a clamp that has a vent or visor, to be able to observe directly by the crew of inspection operators, whether or not there is a short circuit in any of the cathodes of The electrorefining cell.
  • This system can be automated, by means of a color change monitoring of said plate, through a method that includes normal cameras connected to image processing means, so that the gang is informed of the exact place, where It is producing the short circuit.
  • these short circuits can go from sudden heating of the cathode to even a fire.
  • the procedure is based on a group of workers of 4 or 5 operators (1) have to circulate through the narrow aisles (2) who proceed to remove the cover plastic (3) of a group of electrolytic cells, usually 6 or 8, and proceed to check each electrode (4) one by one with portable thermal cameras to detect which exceed 90 degrees, and that clearly indicates that there is a short circuit.
  • the operators (1) mark the cathode or anode shorted with paint, and withdraw to inspect the next surrounding area with another group of electrolytic cells.
  • a cathode bar (5) is in contact with an electric busbar (8) mounted in a set on the upper wall face of the electrolytic cell (7).
  • the contact area (6) is full, since the cathode bar (5) and the upper end of the electrical distribution bar (8) are in contact. While it is true, that it is possible to have a good contact, sometimes, for example, when the cathodes or anodes are bent there is a contact between them, and therefore, a short circuit that increases the temperature of the cathode bar (5).
  • a cathode bar (5) is shown which is in contact with an electric busbar (8) mounted in a set on the upper wall face of the electrolytic cell (7).
  • Another problem that occurs in the electroobtention and electrorefining plants refers to the fact that some of the cathodes do not make contact, because their bar is bent or the contact is dirty. Therefore, it is also essential to have some means of early detection of a fault of an electrical contact. In this case, contrary to what happens in a short circuit where the temperature rises, when the bar of a cathode is without contact, then its temperature drops to around 45 Q C and is lower than that of the cell and the rest of the electrodes that are located around 65 Q C and more
  • the detectors are mounted on a horizontal bar connected to a car traveling on rails that crosses above a bank of electrolytic cells. This car is connected to the control circuit that allows you to lift the detectors from the electrodes and move on to the next cell automatically if no short circuit is detected at any given time
  • a critical point for the efficient operation of the refining process is the absence of short circuits between the anodes and cathode blanks. Short circuits can occur if the anodes and cathodes are misaligned or if copper deposits in the cathode grow unevenly and in contact with the anode. When short circuits occur, the desired copper coating process is interrupted and the efficiency of electrical use decreases. Consequently, short circuits result in the decrease of the voltage difference across the anodes and cathodes.
  • the Effective operation of the refining process is the absence of open and short circuits between the anodes and cathodes. Open circuits, on the other hand, can occur if there is a bad contact between the power supply and the anodes or cathodes. When the circuits remain open, the efficiency of the use of electrical energy decreases.
  • the system disclosed in this document uses a transmission rate of 76.8 k bits / second or greater; It has a transmission and reception range of approximately 200 feet or more; three or more 10-bit A / D channels; an ambient operating temperature of approximately -10 Q C to 85 Q C; a resolution of the digital temperature sensor of ⁇ 0.0615 Q C or greater; and uses an LED output to communicate data to cell phones, such as cell voltage.
  • a preferred way for signal output is through LED, to communicate the state of the electrolytic cell.
  • the cell voltage which is an important parameter, and that visually indicates to the operators to locate the problem.
  • the cell voltage can be linearly converted to a LED flicker frequency so that a short circuit in an electrolytic cell can easily be identified by a operator, visually comparing the flickering frequency of the various LED outputs.
  • multiple outputs can be used, with different colors representing different sensor conditions, using this type of LED.
  • LED outputs can be used for diagnostic purposes such as transmission monitoring and short circuit identification.
  • audible outputs are also provided to communicate cell data. These types of indicators allow operators to focus the remote efforts of a large population of electrolytic cells, and focus on those electrolytic cells that need more immediate attention.
  • Electrolytic cells have a plurality of anodes and cathodes, which are substantially immersed in the electrolyte and short-circuit conditions caused by physical contact between adjacent electrodes do not rarely develop.
  • the detection of incipient short-circuit conditions in an electrolytic cell is disclosed, by scanning the surface of the cell with an infrared detection apparatus under scanning conditions that allow the detection of thermal anomaly, created by the existence of the short circuit condition.
  • the method and the apparatus are useful for exploring a large number of electrolytic cells found in a power plant.
  • the apparatus comprises a carriage with longitudinal and transverse rails mounted above the cells, for example on the roof of the cell hall, which carry a carriage with infrared sensors and which moves in a programmed manner by over an inspection area of the electrolytic cell building.
  • the electronic circuits located inside the car send a signal to a control room.
  • US 2007/0284262 discloses a method of detecting short circuits and poor contacts in an electrolytic cell.
  • the cell comprises an electrolyte container with at least one pair of anodes and cathodes, the container comprises a lateral inlet of the electrolyte flow and a lateral outlet of the electrolyte flow, communication transmission means and electrical transmission, the method comprising: ( a) passing an electric current of a pre-determined amperage through the cell: (b) measuring the voltage drop in the cell on the inlet side of the electrolyte flow and on the outlet side of the electrolyte flow; (c) compare the electrolyte voltage of the input flow side against the electrolyte voltage of the output flow side, and (d) compare the voltage of the electrolyte input flow and the electrolyte output flow, with respect to a predetermined voltage value.
  • the arrangement comprises an elongated removable hood disposed above an electrolytic extraction cell to capture the acid mist of the electrolytic cell, a plurality of current sensors arranged in the acid mist capture hood in places where, when the hood of Acid mist capture is in a position of use, they are aligned with the locations of the cathode electrodes between a plurality of transverse anode electrodes and a plurality of transverse cathode electrodes, alternately located in the longitudinal direction direction of said electrolytic cell , each of said plurality of current sensors being arranged to measure a direct current flowing in the respective aligned cathode electrode, and means for indicating the cathodic electrodes that cause an unequal distribution of direct current in the electrolytic cell, based on the sensor measurements of current.
  • the indicating means comprise a plurality of alarm indicators, provided in said acid mist capture hood, in locations of said plurality of cathode electrodes to indicate locally whether the electrode or electrodes of the cathodes are causing an unequal distribution of direct current in the electrolytic cell.
  • the indicating means comprise an indicator panel disposed in the capture hood of the acid mist or the electrolytic cell, to indicate and identify any electrode or cathode electrodes, which are causing an uneven direct current situation in the electrolytic cell.
  • the arrangement comprises means for activating said plurality of current sensors with electrical energy through electrically conductive busbars, which are arranged to supply electrical current to said plurality of anode and cathode electrodes in said electrolytic cell.
  • US 5483068 entitled “Use of IR (thermal) imaging for determining cell diagnostics” discloses a method for detecting a defective electrochemical cell, by non-invasive means before assembly in a battery that comprises several cells.
  • the method that detects defective cells by detecting and detecting variations in the intensity level of the infrared radiation emitted from an outer surface of the cell.
  • the exploration and detection is carried out by the emission of infrared detection energy in a range of 2 to 12 ⁇ (microns), which comes from the main surface of the cell. Variations are recorded as a function of geometric variables indicative of the geographical position of the variations.
  • the method for determining a defective electrochemical cell comprises scanning and detecting variations in the intensity level of the infrared radiation emitted from a main outer surface of the cell, coextensive with a main surface of an electrode of said cell, said scanning and detection is carried out by detecting infrared energy in a range of 2 to 2 ⁇ emitted from the outer surface.
  • the method further comprises scanning the outer surface, to detect such variations in the intensity level of the infrared radiation of the outer surface compared to the intensity of the infrared radiation, emitted by an outer main surface of another cell that is not defective and is used as a standard.
  • the method for determining a defective electrochemical cell comprises: a) initially thermally stabilizing the cell to be tested; b) discharge from the cell a current that is relatively constant and varies by no more than about 10% during discharge; c) scanning to detect the infrared response during or immediately after said scan discharge and to detect the variation in the intensity level of the infrared radiation, emitted from a main outer surface of the cell, making it extensive with a main surface of a electrode of said cell, and explore the detection that was carried out by infrared energy in a range of 2 to 12 ⁇ emitted from the outer surface.
  • the anode plates operate as resistant electrical conductors of zinc leaching and a substantial current density of 400-600 amps per square meter is applied.
  • the necessary voltage is 3400 kilowatt hours per ton, of which approximately 1/3 is converted to heat, so that the electrolyte has to be cooled to the optimum bath temperature of 30 Q C to 40 Q C to obtain a better energy efficiency.
  • the cathode sheets capture zinc as a function of the current density at regular intervals, and the zinc coating is mechanically separated from the cathode sheets generally made of aluminum. Due to the narrow arrangement between the anode and the cathode, the aluminum or copper sheets of the latter can cause a number of problems and cause short circuits.
  • thermographic cameras A short leads naturally to an increase in current flow and at a high temperature.
  • the short circuits involved in the anode can overheat in the worst case until destruction. In the latter case, the conductivity of the assembly in the connection is broken, so that the connection of the anode plate is ineffective.
  • the anode plates that remain in the process become stronger and the risk of overheating increases. In any case, here also suffers the overall performance of the recovery of zinc or copper.
  • a thermal camera monitoring is carried out. A certain number of these thermographic cameras are passable and placed in devices that span more than 100 meters.
  • thermochromic paint for example the section of an ear of the lead anode plate, has a color at a certain working temperature, but if it exceeds a predetermined temperature value, an indication of color change will appear for a higher temperature by a certain current flow, and therefore, it may be lower that that lead anode plate may then be suffering a short circuit.
  • the thermochromic paint is used for this purpose, in which the color change is reversible. This means that a color change occurs, it also means that the temperature will also return to the previous value, thereby indicating that the temperature has returned to its normal range.
  • thermochromatic paint After the repair of the lead plate that forms the anode, detecting and repairing the defect, and that the operation of the lead plate in the recovery of zinc or copper, continues unchanged, then the thermochromatic paint has complied with its objective. It is preferred that the thermochromic coating begins to change above 55 Q C, which is significantly higher than the normal operating temperature. On the other hand, it is preferred that this coating also temperature well below 80 Q C, since first negative effects on lead anode plates can already occur. A Particularly preferred temperature envelope is tested, it is around 65 Q C to 70 Q C, especially 68 Q C. Outside and above the zinc leach bath of the anode lead plates, each have a heat sensing element, which is located on a portion of the surface.
  • thermochromic paint is selected so that it changes color at 68 QC . Below this temperature it has a first color, which reaches a relatively low level of attention to an observer. Above the temperature changes that are above the temperature of 68 Q C, the thermochromic paint changes a second state of bright colors, for example, a bright orange color. Therefore, this second color has a higher value for observer attention.
  • the present invention consists of a small plate that adheres to the upper part of the cathode ears, which is fixed to the contact edge, by means of a clamp that has a vent or visor at its top, in order to observe a change of color directly by the crew of inspection workers, if any of the cathodes is short-circuited, or if the anode rod and the electrical support of the cell busbar have no electrical contact, or This is very poor, so it is also necessary to visualize this situation.
  • the plate can be made with a plastic that has a thermochromic or thermosensitive pigment, which changed its normal color to a striking color, when there is a short circuit, or change color when the cathode lowers its temperature.
  • a plate preferably metal, whose upper surface is painted with thermochromic or thermo-sensitive paint, either to detect short circuits, or to detect cathodes that do not have electrical contact, or it is very poor.
  • Thermochromatic pigments can be used within the content of the pellets that are used in the manufacture of plastic parts and designed to change color at a certain temperature.
  • the paint changes from a known base color, to a high contrast color when a short circuit occurs, since the short one raises the temperature of the ear of the cathode in contact over 90 Q C.
  • YES is considered that the normal operating temperature of an electrorefining or electroobtention cell is only 65 Q C, the result will be that the short bar will clearly stand out from the rest of the electrodes, being the only one that changes color to a high contrast one , or, if the temperature drops to 45 Q C, given the signal to the operator that there is a lack of contact, or, this is very weak.
  • the plate can be attached to the cathode ear in different ways, with brackets, clamps or other special mechanical elements, which adhere to the hanging bar, which is usually copper.
  • Another advantage is that the short circuits can be detected with common cameras, such as security cameras, and the entire ship can be monitored in real time. If you also associate an image recognition software that automatically detects the color change, so it will be possible to automate the monitoring and issue an alarm to the shorts correction crew indicating the exact location of the problem. This can be implemented when other acid mist capture systems are used in the cells, such as plastic balls or polyurethane balls, which are placed on the surface of the electrolyte.
  • Pigments for industrial use which can be placed on the pellets to make plastic strips, or heat-sensitive paints, have the property of changing color according to the temperature at which they are exposed and can be manufactured to have specific colors and change from coloration at a defined temperature, for example at 90 degrees which is the temperature that indicates the start of a short circuit. Thanks to this property, the cover can cover the cells in production and maintain a known regular color (for example, white) with operating temperatures of the cell, between 65 to 80 Q C. If a short circuit occurs, the exact place where it occurs, it will rapidly change color, for example, to a bright red, since under the cover the area where the cathode is in short circuit, the temperature will rise rapidly to 90 Q C or more, while the rest of the surface will remain white.
  • a known regular color for example, white
  • Another advantage of the present invention is that the short circuits can be detected with common cameras, such as security cameras, and the entire electrolytic cell spacecraft can be monitored in real time, provided they have translucent covering means, or, As it is mainly used in electroobtention, balls on the surface of the electrolyte to prevent the emanation of acid mist from the environment. If an image recognition software is associated with common cameras, that automatically detects the change of color, it will be possible to automate an alarm to the operators, who will now only be dedicated to correct short circuits indicating the exact location of the problem. Therefore, the present invention also proposes a method for the control of short circuits, in the aforementioned cases.
  • Figure 2 shows a perspective view of a ship of electrolytic cells, where one of the operators is lifting the cover to detect whether or not there is a short circuit and in what specific place.
  • Figure 3 shows a sectional side view of a cathode bar that is making contact with the current transmitter bar, but that could be making a short circuit, with one of the adjacent anodes.
  • Figure 4 shows a sectional side view of a cathode bar that is not making contact with the current transmitter bar, affecting the electrical propagation of the rest of the cell electrodes.
  • FIG. 5a shows a perspective view of the thermosensitive plate, which is used in the system of the present invention.
  • Figure 5b shows a perspective view of two modalities of heat-sensitive plates, which are used in the system of the present invention.
  • Figure 6 shows a bottom perspective view of a first embodiment of the system of the present invention where the plate is formed of a plastic material, which has heat sensitive pigments.
  • Figure 7 shows a top perspective view of a first embodiment of the system of the present invention wherein the plate is formed of a plastic material, which has heat sensitive pigments.
  • Figure 8 shows a bottom perspective view of a first embodiment of the system of the present invention wherein the plate is formed by a heat conducting material having a layer of paint on its upper surface, containing heat sensitive pigments.
  • Figure 9 shows a top perspective view of a first embodiment of the system of the present invention in which the plate is formed by a heat conducting material having a layer of paint on its upper surface, which contains heat sensitive pigments.
  • Figure 10 shows a front view in section and its corresponding side view with the cutting lines, of a first embodiment of the system of the present invention, mounted on a cathode bar.
  • Figure 1 1 shows an exploded perspective view of a first embodiment of the system of the present invention and the cathode bar where it will be installed.
  • Figure 12 shows a top exploded perspective view of a first mode of the system of the present invention, where two systems, one for short-circuit and non-contact detection, in addition to the cathode bar where they will be installed.
  • Figure 13 shows a top perspective view of a first embodiment of the system of the present invention, where two systems, one for short-circuit and non-contact detection, are installed in the cathode bar.
  • Figure 14 shows a top perspective view of a second embodiment of the system of the present invention.
  • Figure 15 shows a top perspective view of a third embodiment of the system of the present invention.
  • Figure 16 shows a top perspective view of a fourth embodiment of the system of the present invention.
  • Figure 17 shows a top perspective view of a fifth embodiment of the system of the present invention.
  • Figure 18 shows a top perspective view of a metal electro-obtaining cell using one of the embodiments of the system of the present invention.
  • Figure 19 shows a schematic view of the elements used, automatic monitoring and real time, in the types of cells shown in Figure 18.
  • the present invention relates to a system for detecting short circuits and weak electrical contacts or electrodes without electrical contact, by changing the colors of heat sensitive pigments.
  • the system consists of a plate that changes color when the temperature in the contact bar of the cathode increases by a value close to 90 Q C due to a short circuit, or it changes to a certain color, when the temperature drops around 45-C due to a bad electrical contact or that the cathode rod is without electrical contact.
  • the plate is positioned on the upper face of the cathode bar and is fixed through fixing means, such as enclosures, clamps or other mechanical fasteners.
  • the present invention proposes to place on the upper face of the cathode bar ( 5) a plate (10) that allows to detect these problems through the color change in it.
  • the plate (10a) is made up of a plastic that contains heat-sensitive particles, or the plate can be made of a good heat-conducting material, such as a metal, whose upper face has a film with paint heat sensitive
  • a good heat-conducting material such as a metal
  • the plate can be made of a good heat-conducting material, such as a metal, whose upper face has a film with paint heat sensitive
  • thermosensitive plate (10) to the cathode bar (5).
  • the fixing means (12) is formed by a closed housing (12a) having a recessed body (1 1) that wraps around the cathode bar (5) both on its lateral faces, lower face and upper face, leaving a central cavity (16) that crosses said closed housing (12a), from its front face towards its rear face, said central cavity (16) having a clearance to fit both the cathode bar (5), such as the heat-sensitive plate (10).
  • the heat-sensitive plate (10) is placed on the cathode bar (5), close to the cathode sheet (9).
  • the lower wall has a lower perforation (17), usually threaded, to accommodate a screw (15), which is tightened to fix The housing and the plate.
  • the closed housing (12a) has on the upper face of the hollowed body, an upper hollow (14), smaller in contour than the heat-sensitive plate (10 ), so that it becomes a viewer.
  • a translucent plate (13) that can be made of glass, translucent plastic, translucent polycarbonate or the like, to protect the plate from said environment.
  • Figures 8 and 9 are similar to Figures 6 and 7, where the same previous modality is shown, but where the plate is a metal plate painted with heat-sensitive paint (10b), which is the second type of plate The present invention.
  • FIG 14 a second embodiment of the invention is shown in which the fixing means (12) is formed by a lateral housing (18), in which it has a hollowed and open lateral body (19), wherein a from its side walls it has been removed, to leave it independently, as a removable side wall (20).
  • the The housing has an upper window (14), to visualize the color change in the heat-sensitive plate (10).
  • a translucent plate (13) that can be made of glass, translucent plastic, translucent polycarbonate or the like, to protect the plate from said environment.
  • the side housing (18) is mounted on the side of the cathode bar (5), ensuring that the heat-sensitive plate (10) is adjusted and aligned with the upper window (14).
  • the removable side wall (20) is passed through the upper groove (21), until it meets the edge of the lower floor (22) of the hollowed and open side body (19).
  • the screw (15) is introduced into the side hole (17), which usually has a thread, and then, said screw (15) is tightened until the entire system is fixed.
  • FIG. 15 A third embodiment is shown in Figure 15, wherein the fixing means (12) is formed by an upper housing (23), in which it has a hollowed and open lower body (24), where its lower wall has been removed, to leave it independently, as a removable bottom wall (25).
  • the housing has an upper window (14), to visualize the color change in the heat-sensitive plate (10).
  • a translucent plate (13) that It may consist of glass, translucent plastic, translucent polycarbonate or the like, to protect the plate from said environment.
  • the upper housing (23) is placed on said cathode bar (5) and lowers until the heat-sensitive plate (10) is contacted, making sure that it is tight and aligned with the upper window (14).
  • the removable bottom wall (25) is passed through the lower side groove (26), until it meets the lower side edge (27) of the hollowed and open lower body side wall (24 ).
  • the screw (15) is introduced into the lower hole (17), which usually has a thread, and then, said screw (15) is tightened until the entire system is fixed.
  • a fourth embodiment is shown in Figure 16, where the heat-sensitive plate has a rear extension (50) and a front extension (51), which contain a first rear slot (28) and a second front slot (29), for receiving the fixing means (12).
  • the fixing means (12) are formed by a first rear clamp (52) that fits into the first rear groove (28) and by a second front clamp (53) that fits into the groove (29).
  • the first rear clamp (52) is formed by a plate that has the same width as the first rear groove (28) and a thickness equal to the depth of the first rear groove (28).
  • the first rear clamp (52) is formed by said folded plate, it has an upper rear open side portion (38), bending to form a rear upper portion (30), bending to form a rear continuous side portion (36), bending to forming a rear floor portion (37), bending to form a lower rear open side portion (39). From the upper rear open side portion (38) emerges perpendicularly thereto a rear upper projection (33) having a upper rear central perforation (54), and from the lower rear open lateral portion (39), emerges perpendicular to This is a lower rear projection (32) having a lower central rear perforation (44).
  • first rear clamp (52) To tighten the first rear clamp (52), it is necessary that the upper rear portion (30) be placed in the first rear groove (28), and after that, the rear screw (46) is passed through the upper rear central perforation (54) and the lower rear central perforation (44), being tightened using the rear nut (48).
  • the entire first rear clamp (52) wraps the heat-sensitive plate (10) and the cathode bar (5), thus generating a first fixation in this mode.
  • the second front clamp (53) is formed by a plate that has the same width as the first front groove (29) and a thickness equal to the depth of the first front groove (29).
  • the second front clamp (53) is formed by said folded plate, it has an upper front open side portion (40), bending to form a front upper portion (31), bending to form a front continuous side portion (42), bending to form a front floor portion (43), bending to form a lower front open side portion (41). From the lower front open side portion (41) emerges perpendicularly thereto a front upper projection (34) having a central perforation (54), and from the lower front open side portion (41), emerges perpendicular to it a lower front projection (41) having a central perforation (55).
  • the second front clamp (53) To tighten the second front clamp (53), it is necessary that the upper front portion (31) be placed in the second front groove (29), and then the front screw (47) is passed through the upper front central perforation (45) and the lower front central perforation (45), being tightened using the front nut (49).
  • the entire second front clamp (53) wraps the heat-sensitive plate (10) and the cathode bar (5), thus generating a second fixation in this fourth mode.
  • a fifth embodiment is shown in Figure 17, where the heat-sensitive plate has a rear extension (50) and a front extension (51), which contain a first rear slot (28) and a second front slot (29), for receiving the fixing means (12).
  • the fixing means are formed by a first rear clamp (52) that fits in the first rear groove (28) and by a second clamp (53) that fits in the groove (29).
  • the first rear clamp (52) is formed by a plate that has the same width as the first rear groove (28) and a thickness equal to the depth of the first rear groove (28).
  • the first rear clamp (52) is formed by said folded plate, it has an upper rear open side portion (38), bending to form a rear upper portion (30), bending to form a rear continuous side portion (36), bending to forming a rear floor portion (37), bending to form a lower rear open side portion (39).
  • the second front clamp (53) is formed by a plate that has the same width as the first front groove (29) and a thickness equal to the depth of the first front groove (29).
  • the second front clamp (53) is formed by said folded plate, it has an upper front open side portion (40), bending to form a front upper portion (31), bending to form a continuous front side portion (42), bending to forming a front floor portion (43), bending to form a lower front open side portion (41).
  • a first upper perpendicular projection (56) emerges perpendicular thereto having a superior central perforation (57).
  • a second lower perpendicular projection (58) having a superior central perforation (57).
  • the present invention proposes a monitoring method, which uses the thermosensitive plate systems (10) and their fixing means, installed the cathode bars (5).
  • the heat-sensitive plates (10) are placed on the cathode bars (5), fixed by a closed housing (12a) having a window (14), which are being monitored by at least one Conventional video camera (62), which transmits the image to a control center, where there is a computer (63) that acts as a monitor to display the images captured by the video camera (7).
  • a surveillance operator in the control center being in front of the computer (63), can notice that a short circuit is being generated by the color change from "N" to "A" of a heat-sensitive plate (10) that is in a certain cathode bar (5).
  • This surveillance operator can warn the plant operator (1) by radio, informing the specific place where the short circuit is taking place, so that the actions tending to change the electrodes (4) of a certain electrolytic cell (7) are taken. .

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Abstract

La presente se refiere a un sistema para la detección temprana de cortocircuitos y contactos eléctricos débiles o sin contacto eléctrico en los electrodos (4) en celdas electrolíticas (7) de electro-obtención o electro-refinación de metales, en donde dicha detección se efectúa por el cambio de colores de uno de los elementos del sistema, que utiliza pigmentos termosensibles; que comprende: un medio detector de cambio de temperatura, conformada por una placa (10) que utiliza pigmentos termosensibles, la cual está localizada sobre una barra de cátodo (5), en donde dicha placa termosensible cambia de un color "N" de operación normal de la celda electrolítica (7) a un color "A" con el aumento de la temperatura, o bien, dicha placa que utiliza pigmentos termosensibles que cambia de un color "N" de operación normal de la celda electrolítica (7) a un color "B" con disminución de la temperatura; y un medio de fijación (12) para fijar dicha placa termosensible (10) sobre dicha barra de cátodo (5); y un método asociado.

Description

UN SISTEMA PARA LA DETECCIÓN TEMPRANA DE CORTOCIRCUITOS Y CONTACTOS ELÉCTRICOS DÉBILES
DESCRIPCIÓN
CAMPO TECNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema detección de cortocircuitos y un método que permite monitorear los cortocircuitos o contactos eléctricos débiles o electrodos sin contacto eléctrico, en las celdas de una refinería en tiempo real y a gran escala. Más específicamente, la presente invención se refiere a un sistema conformado por una placa cuya cara superior está pintada con una pintura termosensible que tiene la capacidad de cambiar el color, por el aumento de temperatura que provoca un cortocircuito, estando dicha placa colocada en porción superior de una barra de contacto de un cátodo, la cual se adhiere a éste a través de una abrazadera que posee una ventilla o visor, para poder observar directamente por la cuadrilla de operarios de inspección, si hay o no cortocircuito en alguno de los cátodos de la celda de electrorefinación. Este sistema puede ser automatizado, por medio de un monitoreo de cambio de color de dicha placa, a través de un método que incluya cámara normales conectadas a medios de procesamiento de imagen, de tal forma que informar a la cuadrilla el lugar exacto, donde se está produciendo el cortocircuito. ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Uno de los incidentes que más perjuicio causa en los procesos de electrorefinacion y electroobtencion, 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 electrorefinacion 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. En algunos, casos en reemplazo de estas cubiertas plásticas opacas, son utilizadas pequeñas pelotas fabricadas en plástico como polipropileno, poliuretano u otros materiales similares.
Para detectar los cortocircuitos, y tal como es ejemplificado en las figuras 1 y 2, el procedimiento se basa en una cuadrilla de trabajadores de 4 o 5 operadores (1 ) tienen que circular por los estrechos pasillos (2) quienes proceden a retirar la cubierta plástica (3) de un grupo de celdas electrolíticas, por lo general 6 u 8, y proceden a revisar uno a uno cada electrodo (4) con cámaras térmicas portátiles para detectar cuales sobrepasan los 90 grados, y que indica claramente, que hay un cortocircuito. Una vez detectado un cortocircuito, los operadores (1 ) 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 precipitando impurezas y por ende 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.
Tal como se muestra en la figura 3, una barra de cátodo (5) está en contacto con una barra de distribución eléctrica (8) montada en un conjunto sobre la cara superior de pared de la celda electrolítica (7). Es este caso, la zona de contacto (6) está a tope, dado que la barra de cátodo (5) y el extremo superior de la barra de distribución eléctrica (8) están en contacto. Si bien es cierto, que es posible tener un buen contacto, en algunas ocasiones, por ejemplo, cuando los cátodos o ánodos están doblados se produce un contacto entre ellos, y por lo tanto, un cortocircuito que aumenta la temperatura de la barra del cátodo (5). Por otra parte, en la figura 4, se muestra una barra de cátodo (5) que está en contacto con una barra de distribución eléctrica (8) montada en un conjunto sobre la cara superior de pared de la celda electrolítica (7). Es este caso, existe una holgura en la zona de contacto (6) y por ello, el flujo de electricidad se interrumpe en los otros electrodos del circuito. En otras ocasiones, esa falta de contacto, se debe a suciedad que puede haber en la zona de contacto (6) o bajo la barra de cátodo (5)
Otro de los problemas que ocurre en las plantas de electroobtención y electrorefinación, se refiere a que alguno de los cátodos no hace contacto, porque su barra esta doblada o el contacto está sucio. Por ello, es indispensable también tener algún medio de detección temprana, de una falla de un contacto eléctrico. En este caso, al contrario de lo que ocurre en un cortocircuito donde la temperatura aumenta, cuando la barra de un cátodo está sin contacto, entonces su temperatura baja a alrededor de 45 QC y es inferior al de la celda y del resto de los electrodos que se ubican alrededor de los 65QC y más
En el estado del arte, se han intentado varios métodos de monitoreo para cortocircuitos en celdas electrolíticas. Así por ejemplo, en el documento DE 2524376 titulado "Detection of short circuits between electrodes of electrolytic cell - by detectors which opérate by magneto-motor forcé positioned by an automatically controlled overhead carriage", (Kobayashi et. Al), publicada con fecha 09 de Diciembre de 1979, divulga un sistema de detector de cortocircuitos entre los ánodos y cátodos, colocados de manera individual en una celda electrolítica, en que cada uno comprende un conmutador que se mantiene abierto por un campo magnético externo, vinculado a un imán permanente por un eje utilizado para ajustar las posiciones relativas del conmutador y el imán. Cuando se detecta un cortocircuito del imán permanente se aplica una fuerza opuesta a la del campo magnético externo, cerrando el conmutador y provocando el encendido de una luz, con lo cual la iluminación es una indicación en el detector, que existe un cortocircuito. Los detectores están montados en una barra horizontal conectado a un carro viaja sobre raíles que atraviesa por arriba de un banco de celdas electrolíticas. Este carro está conectado al circuito de control que le permite levantar los detectores desde los electrodos y pasar a la siguiente celda automáticamente si no se detecta ningún cortocircuito en un momento dado
El documento US 2005/217999 titulado "Wireless electrolytic cell monitoring powered by ultralow bus voltage" (You et al.), publicado el 06 de Octubre de 2006, divulga que en una típica refinería de cobre que produce 300.000 toneladas de cátodos de cobre al año, en algunos casos se llegar a tener hasta 1440 celdas electrolíticas, cada una con 46 ánodos y cátodos, para un total de 131 .000 piezas suspendidas en las celdas. En una refinería de cobre tradicional, cada cátodo y cada ánodo está conectado eléctricamente al sistema de suministro de corriente de la refinería, a través de dos o más puntos de contacto en las orejas de soporte de los ánodos y las barras de suspensión de los cátodos. Esto significa que puede haber un total de más de 260.000 conexiones eléctricas (es decir, dos por cada ánodo y cátodo dos por multiplicada por el número de cátodos y ánodos). Un punto crítico para el funcionamiento eficaz del proceso de refinado, es la ausencia de cortocircuitos entre los ánodos y los espacios en blanco de cátodo. Los cortocircuitos pueden ocurrir si los ánodos y cátodos están mal alineados o si los depósitos de cobre en el cátodo crecen de manera no uniforme y en contacto con el ánodo. Cuando se producen cortocircuitos, el proceso de recubrimiento de cobre deseado se interrumpe y la eficiencia del uso eléctrico disminuye. En consecuencia, los circuitos cortos resultan en la disminución de la diferencia de voltaje a través de los ánodos y cátodos. Por ello, es necesario el funcionamiento eficaz del proceso de refinado es la ausencia de circuitos abiertos y cortos entre los ánodos y cátodos. Los circuitos abiertos, por otro lado, pueden ocurrir si hay un mal contacto entre el suministro de corriente y los ánodos o cátodos. Cuando los circuitos quedan abiertos, la eficiencia del uso de la energía eléctrica disminuye. El sistema divulgado en este documento, utiliza una velocidad de transmisión de 76,8 k bits / segundo o mayor; tiene un rango de transmisión y recepción de aproximadamente 200 pies o más; tres o más canales A / D de 10 bits; una temperatura ambiente de funcionamiento de aproximadamente -10QC a 85 QC; una resolución del sensor de temperatura digital de ± 0,0615 QC o mayor; y utiliza una salida LED para comunicar datos a celulares, tales como el voltaje de la celda. Debido a que está basado en un microprocesador, que también se puede programar para comprimir y filtrar las señales de datos antes de la transmisión, los datos de proceso de la nave de celdas y reconocer las desviaciones de los umbrales de los valores predeterminados, analizar la conexión eléctrica y la calidad en las celdas electrolíticas, e implementar el protocolo de comunicación inalámbrico. Una forma preferida para la salida de señales es a través de LED, para comunicar el estado de la celda electrolítica. Más específicamente, el voltaje de la celda, que es un parámetro importante, y que indica visualmente a los operadores para localizar el problema. Por ejemplo, el voltaje de la celda se puede convertir linealmente a una frecuencia de parpadeo del LED de manera que un cortocircuito en una celda electrolítica, se puede identificar fácilmente por un operador, al comparar visualmente la frecuencia de parpadeo de las diversas salidas del LED. En otra realización preferida, múltiples salidas se puede utilizar, con diferentes colores que representan diferentes condiciones de los sensores, utilizando este tipo de LED. Estas salidas de LED pueden ser utilizados para propósitos de diagnóstico tales como monitoreo de la transmisión y de identificación de circuito corto. En otra realización preferida, también se proporcionan salidas audibles para comunicar datos de la celda. Estos tipos de indicadores permiten a los operadores, centrar los esfuerzos a distancia de una gran población de celdas electrolíticas, y centrarse, en aquellas celdas electrolíticas que necesitan una atención más inmediata.
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 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. El documento WO 2014/076374 titulado "An arrangement for monitoring a current distribution in an electrolytic cell", (Rantala et al.), de fecha 22 de Mayo de 2014, divulga una disposición para el seguimiento de una distribución de corriente en la celda electrolítica, comprende una pluralidad de sensores de corriente dispuestos en la campana de captura de la neblina ácida en lugares que, cuando la campana de captura de niebla ácida, se coloca en su posición por encima de la celda, quedan alineadas con las ubicaciones de los electrodos catódicos. La disposición comprende una capucha extraíble alargado dispuesta por encima de una celda de extracción electrolítica para capturar la niebla ácida de la celda electrolítica, una pluralidad de sensores de corriente dispuestos en la campana de captura de la neblina ácida en lugares que, cuando la campana de captura de neblina ácida está en una posición de uso, están alineados con las ubicaciones de los electrodos de cátodo entre una pluralidad de electrodos de ánodo transversales y una pluralidad de electrodos catódicos transversales, localizados de manera alternada en la dirección longitudinal dirección de dicha celda electrolítica, estando dispuesta cada una de dicha pluralidad de sensores de corriente para medir una corriente continua que fluye en el electrodo de cátodo alineados respectivo, y medios para indicar los electrodos catódicos que causan una distribución desigual de corriente continua en la celda electrolítica, basado en las mediciones de los sensores de corriente. Los medios de indicación comprenden una pluralidad de indicadores de alarma, proporcionados en dicha campana de captura de neblina ácida, en ubicaciones de dicha pluralidad de electrodos catódicos para indicar localmente si el electrodo o los electrodos de los cátodos, están causando una distribución desigual de corriente continua en la celda electrolítica. Los medios de indicación comprenden un panel indicador dispuesto en la campana de captura de la neblina ácida o la celda electrolítica, para indicar e identificar cualquier electrodo o electrodos de cátodo, que están causando una situación de corriente continua desigual en la celda electrolítica. Además, la disposición comprende medios para activar dicha pluralidad de sensores de corriente con energía eléctrica a través de barras colectoras conductoras de la electricidad, que están dispuestas para suministrar corriente eléctrica a dicha pluralidad de electrodos de ánodo y cátodo en dicha celda electrolítica.
El documento US 5483068 titulado "Use of IR (thermal) imaging for determining cell diagnostics" (Moulton et al.), publicado el 09 de Enero de 1996, divulga un método para detectar una celda electroquímica defectuosa, por medios no invasivos antes del montaje en una batería que comprende varias celdas. El método que detecta celdas defectuosas mediante la detección y la detección de variaciones en el nivel de intensidad de la radiación infrarroja emitida desde una superficie exterior de la celda. La exploración y la detección, se lleva a cabo por la emisión de energía infrarroja de detección en un intervalo de 2 a 12 μιη (mieras), que proviene desde la superficie principal de la celda. Las variaciones se registran como una función de variables geométricas indicativas de la posición geográfica de las variaciones. El método para determinar una celda electroquímica defectuosa comprende la exploración y la detección de variaciones en el nivel de intensidad de la radiación infrarroja emitida desde una superficie principal exterior de la celda, coextensiva con una superficie principal de un electrodo de dicha celda, dicha exploración y la detección es llevada a cabo mediante la detección de la energía infrarroja en un intervalo de 2 a 2 μιη emitida desde la superficie exterior. El método comprende además la exploración de la superficie exterior, para detectar dichas variaciones en el nivel de intensidad de la radiación infrarroja de la superficie exterior en comparación con la intensidad de la radiación infrarroja, emitida por una superficie principal exterior de otra celda que no es defectuosa y es utilizada como patrón. En otra modalidad, el método para determinar una celda electroquímica defectuosa comprende: a) inicialmente estabilizar térmicamente la celda a ensayar; b) descarga de la celda una corriente que es relativamente constante y varía por no más de aproximadamente 10% durante la descarga; c) exploración para detectar la respuesta de infrarrojos durante o inmediatamente después de dicha descarga por escaneo y detectar la variación en el nivel de intensidad de la radiación infrarroja, emitida desde una superficie principal exterior de la celda, haciéndolo extensivo con una superficie principal de un electrodo de dicha celda, y explorar la detección que se llevó a cabo mediante la energía infrarroja en un intervalo de 2 a 12 μι emitida desde la superficie exterior. El documento DE 102005005819 titulado "Lead anode for recovering zinc and/or copper comprises heat recognition elements having surface región provided with thermo-chromic lacquer" (Walk, Hartmut), de fecha 02 de Marzo de 2006, divulga ánodos de plomo que son utilizados en procesos electrolíticos en industria de zinc y otros metales valiosos, en donde un gran número de ánodos de plomo se coloca en estrecha proximidad a las láminas de cátodo de aluminio, en celdas electrolíticas, en un baño con una lixiviación de zinc ácido sulfúrico. En las grandes naves de electrólisis de hasta 10.000 placas de plomo o más se encuentran en las celdas, como placas de ánodo y cátodo. Los ánodos como cátodos son perpendiculares en los baños de las celdas electrolíticas. Las placas de ánodo operan como conductores eléctricos resistentes de lixiviación de zinc y se les aplica una densidad de corriente sustancial de 400-600 amperes por metro cuadrado. Para la deposición de zinc el voltaje necesario es de 3400 kilovatios hora necesarios por tonelada, de los cuales aproximadamente 1 /3 se convierte en calor, de modo que el electrolito tiene que ser enfriado hasta la temperatura del baño óptima de 30 QC a 40 QC para obtener, un mejor rendimiento energético. Las láminas de cátodo capturan el zinc en función de la densidad de corriente a intervalos regulares, y el recubrimiento de zinc, se separa mecánicamente de las láminas del cátodo generalmente de aluminio. Debido a la estrecha disposición entre el ánodo y el cátodo, las láminas de aluminio o cobre de este último, puede causar una serie de problemas y provocar cortocircuitos. Un cortocircuito conduce naturalmente a un aumento del flujo de corriente y a una elevada temperatura. Los cortocircuitos que intervienen en el ánodo, puede recalentarse en el peor de los casos hasta la destrucción. En este último caso, se rompe la conductividad del conjunto en la conexión, de modo que la conexión de la placa de ánodo es ineficaz. Al mismo tiempo, las placas de ánodo que quedan en el proceso se cargan más fuerte y aumenta el riesgo de sobrecalentamiento de los mismos. En cualquier caso, aquí también sufre el rendimiento global de la recuperación de zinc o de cobre. Para hacer frente a estos problemas, en la técnica anterior se lleva a cabo un monitoreo con cámaras térmicas. Un cierto número de estas cámaras termográficas es transitable y se colocan en aparatos que atraviesan más de 100 metros. Si bien estas cámaras térmicas pueden crear una imagen relativamente precisa, en el momento en que los ánodos aumentan su la temperatura, sin embargo, esto sólo puede ser una función del tiempo a las necesidades de extracción. En consecuencia, las evaluaciones apropiadas se producen sólo una vez a tres veces en 24 horas. Por lo tanto, el sobrecalentamiento con los correspondientes efectos perjudiciales durante varias horas, puede ocurrir sin que sean detectados a tiempo. A diferencia del enfoque convencional con cámaras térmicas, cámaras de infrarrojos o por lo cámaras térmicas, de acuerdo con la invención es posible un acceso directo al elemento de detección de calor exacta específicamente dirigida llevar placa de ánodo de plomo. Este objeto se consigue además mediante una disposición para la recuperación de zinc, a partir de lixiviación de zinc y/o cobre a partir de lixiviación de cobre, dentro un baño de una celda electrolítica con pluralidad de placas de plomo de ánodo y láminas de cátodo, que instalan en la celda de manera paralela y dispuestas alternadamente una de la otra. A través del elemento de detección térmica, en particular, por el área de una superficie revestida con pintura termocrómica, por ejemplo la sección de una oreja de la placa de ánodo de plomo, tiene un color a una cierta temperatura de trabajo, pero si excede un valor predeterminado de temperatura, una indicación de cabio de color aparecerá para una temperatura más alta por un cierto flujo de corriente, y por lo tanto, se puede inferior que esa placa de ánodo de plomo puede entonces estar sufriendo un cortocircuito. Preferiblemente la pintura termocrómica se utiliza para este propósito, en el que el cambio de color es reversible. Esto significa que se produce un cambio de color, también quiere decir que la temperatura también retomará el valor anterior, indicando con ello que la temperatura ha vuelto a su rango normal. Después de la reparación de la placa de plomo que conforma el ánodo, el detectar y reparar el defecto, y que el funcionamiento de la placa de plomo en la recuperación de zinc o cobre, continúa sin cambios, entonces la pintura termocromática ha cumplido con su objetivo. Se prefiere que el revestimiento termocromico, comience a cambiar por encima de 55 QC, que es significativamente superior a la temperatura normal de funcionamiento. Por otra parte, se prefiere que este revestimiento también la temperatura muy por debajo de 80 QC, puesto que ya se puede producir primeros efectos negativos sobre las placas de ánodo de plomo. Una sobre de temperatura particularmente preferida tiene en pruebas, es de alrededor de unos 65 QC a 70 QC, especialmente de 68 QC. Por fuera y por encima del baño de lixiviación de zinc de las placas de plomo de ánodo, tienen cada uno un elemento de detección de calor, que se encuentra en una porción de la superficie. Este elemento de detección de calor es en una de las realizaciones, la cual está conformada por un recubrimiento de la superficie con una pintura termocrómica. Esta pintura termocrómica se selecciona de modo que cambia de color a 68 QC. Por debajo de esta temperatura tiene un primer color, que alcanza un nivel relativamente bajo atención a un observador. Por encima de los cambios de temperatura que están por sobre la temperatura de 68 QC, la pintura termocrómica cambia un segundo estado de colores chillón, por ejemplo, un color naranja brillante. Por tanto, este segundo color tiene un valor más alto para la atención de observador.
Esta última solución, es la más cercana a la presente solicitud. Sin embargo, pintar directamente un cátodo con una pintura termosensible, tiene una durabilidad bastante baja, porque ellos están sometidos a un ambiente con neblina ácida, lo cual significa que dicha neblina, afecta la durabilidad de la pintura degradándola rápidamente. De hecho no existen cátodos pintados en el mercado por la misma razón. Además, los cátodos deben ser sacados o retirados de la celda, durante cada cosecha y todos los sistemas de levante y transporte de la nave de Refinería, utilizan las orejas como medio de enganche, razón por la cual cualquier recubrimiento a modo de una simple pintura, es constantemente dañado.
Todo ello, neblina ácida y manipulación de los electrodos, hace que la pintura termosensible sufra daños en un corto plazo, y por lo tanto, sea necesario repintar el borde de contacto regularmente. Sin embargo, para lograr un buen funcionamiento de esta pintura, es necesario lijar y preparar el borde hasta eliminar o remover completamente el resto de pintura original, de tal manera de que el pigmento entre en contacto directamente con el cobre y cambie de color según la temperatura real de la oreja. Por el contrario, el repintado con pintura termocromática de una oreja semi raspada generará una capa de espesor irregular que falseará la temperatura real de la oreja de cobre del cátodo.
En general, en el resto de los documentos del estado del arte, existen sistemas 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 en las naves de refinería y electrorefinación.
RESEÑA DE LA INVENCION La presente invención, consiste una pequeña placa que se adhiere a la parte superior de las orejas de los cátodos, la cual es fijada al borde de contacto, por medio de una abrazadera que tiene en su parte superior una ventilla o visor, para poder observar un cambio de color directamente por la cuadrilla de operarios de inspección, si alguno de los cátodos está en cortocircuito, o bien, si la barra del ánodo y el soporte eléctrico de la barra colectora de la celda, no tienen contacto eléctrico, o bien, éste es muy pobre, por lo que es necesario también visualizar esta situación.
La placa puede ser confeccionada con un plástico que tenga un pigmento termocromático o termosensible, que cambié su color normal a un color llamativo, cuando hay un cortocircuito, o bien, cambie de color cuando el cátodo baja su temperatura. Alternativamente, es posible utilizar una placa, preferentemente metálica, cuya superficie superior esté pintada con pintura termocromática o termosensible, ya sea para detectar corto circuitos, o bien, para detectar cátodos que no tienen contacto eléctrico, o bien, éste es muy pobre.
Los pigmentos termocromáticos, pueden ser utilizados dentro del contenido de los pellets que se usan en la fabricación de piezas plásticas y diseñados para cambiar de color a una determinada temperatura. En el caso de las placas de tipo metálicas, la pintura cambia de un color base conocido, a uno de alto contraste al producirse un cortocircuito, ya que el corto eleva la temperatura de la oreja del cátodo en contacto sobre los 90 QC. SI se considera que la temperatura de operación normal de una celda de electrorefinación o de electroobtención es de solo 65 QC, el resultado será que la barra en corto destacará claramente sobre el resto de los electrodos al ser la única que cambia de color a uno de alto contraste, o bien, si la temperatura cae a 45 QC, dado la señal al operario que existe una falta de contacto, o bien, éste es muy débil.
La placa se podrá adherir a la oreja del cátodo de diferentes maneras, con soportes, abrazaderas u otros elementos mecánicos especiales, que adhieran a la barra colgadora, que por lo general es de cobre.
Otra ventaja es que los cortocircuitos podrán ser detectados con cámaras comunes, como por ejemplo cámaras de seguridad, y se podrá monitorear la nave completa en tiempo real. Si además se asocia un software de reconocimiento de imágenes que detecte automáticamente el cambio de color, por lo que será posible automatizar el monitorea y emitir una alarma a la cuadrilla de corrección de cortos indicándoles el lugar exacto del problema. Esto se puede implementar, cuando en las celdas se utilicen otros sistemas de captura de la neblina ácida, como son por ejemplo, pelotas plásticas o pelotas de poliuretano, que se colocan sobre la superficie del electrolito.
Los pigmentos de uso industrial, que se pueden colocar en los pellets para fabricar tiras de plástico, o bien, pinturas termosensibles, 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 QC. 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 QC o más, mientras que el resto de la superficie se mantendrá blanca.
Cuando la cuadrilla de trabajadores inspeccione las celdas que normalmente están tapadas por los cobertores, sobre todo en celdas de electrorefinación, sabrá rápidamente si hay un corto-circuito o no, y de haberlo, identificará rápidamente cual es el cátodo con problemas, sin necesidad de tomar mediciones, o usar cámaras infrarrojas portátiles, para ubicar el problema.
Otra ventaja de la presente invención, es que los cortocircuitos pueden ser detectados con cámaras comunes, como por ejemplo cámaras de seguridad, y se podrá monitorear la nave de celdas electrolíticas completa en tiempo real, siempre que éstas tengan medios cobertores translúcidos, o bien, como se usa principalmente en electroobtención, pelotas en la superficie del electrolito para evitar la emanación de neblina ácida al entorno. Si a las cámaras comunes se les 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 método para el control de cortocircuitos, en los casos antes mencionados.
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 los operarios se ubican en los pasillos y deben pasar entre dichas, celdas para ir levantando los cobertores y detectar con cámaras infrarrojas si existe o no un corto circuito y en qué lugar específico.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva de una nave de celdas electrolíticas, en donde uno de los operarios está levantando el cobertor para detectar si existe o no un corto circuito y en qué lugar específico.
La figura 3 muestra una vista lateral en corte, de una barra de cátodo que está haciendo contacto con la barra transmisora de corriente, pero que podría estar haciendo un cortocircuito, con uno de los ánodos contiguos. La figura 4 muestra una vista lateral en corte, de una barra de cátodo que no está haciendo contacto con la barra transmisora de corriente, afectando la propagación eléctrica del resto de los electrodos de la celda.
La figura 5a muestra una vista en perspectiva de la placa termosensible, que se usa en el sistema de la presente invención.
La figura 5b muestra una vista en perspectiva de dos modalidades de placas termosensibles, que se usan en el sistema de la presente invención.
La figura 6 muestra una vista en perspectiva inferior de una primera modalidad del sistema de la presente invención en donde la placa, está conformada por un material plástico, que tiene pigmentos termosensibles.
La figura 7 muestra una vista en perspectiva superior de una primera modalidad del sistema de la presente invención en donde la placa, está conformada por un material plástico, que tiene pigmentos termosensibles.
La figura 8 muestra una vista en perspectiva inferior de una primera modalidad del sistema de la presente invención en donde la placa, está conformada por un material conductor de calor que tiene una capa de pintura en su superficie superior, que contiene pigmentos termosensibles.
La figura 9 muestra una vista en perspectiva superior de una primera modalidad del sistema de la presente invención en donde la placa, está conformada por un material conductor de calor que tiene una capa de pintura en su superficie superior, que contiene pigmentos termosensibles. La figura 10 muestra una vista frontal en corte y su correspondiente vista lateral con las líneas de corte, de una primera modalidad del sistema de la presente invención, montada sobre una barra de cátodo.
La figura 1 1 muestra una vista en perspectiva en explosión superior de una primera modalidad del sistema de la presente invención y la barra del cátodo donde será instalada.
La figura 12 muestra una vista en perspectiva en explosión superior de una primera modalidad del sistema de la presente invención, en donde dos sistemas, uno para corto-circuito y detección de no-contacto, además de la barra del cátodo donde serán instalados.
La figura 13 muestra una vista en perspectiva superior de una primera modalidad del sistema de la presente invención, en donde dos sistemas, uno para corto-circuito y detección de no-contacto, están instalados en la barra del cátodo.
La figura 14 muestra una vista en perspectiva superior de una segunda modalidad del sistema de la presente invención.
La figura 15 muestra una vista en perspectiva superior de una tercera modalidad del sistema de la presente invención.
La figura 16 muestra una vista en perspectiva superior de una cuarta modalidad del sistema de la presente invención.
La figura 17 muestra una vista en perspectiva superior de una quinta modalidad del sistema de la presente invención. La figura 18 muestra una vista en perspectiva superior de una celda de electro-obtención de metales usando una de las modalidades del sistema de la presente invención.
La figura 19 muestra una vista esquemática de los elementos utilizados, la el monitoreo automático y tiempo real, en los tipos de celdas mostrados en la figura 18.
DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema para detectar cortocircuitos y contactos eléctricos débiles o electrodos sin contacto eléctrico, a través del cambio de colores de pigmentos termosensibles. El sistema está conformado por una placa que cambia de color cuando la temperatura en la barra de contacto del cátodo aumenta en un valor cercano a los 90QC por efecto de un cortocircuito, o bien, cambia a un color determinado, cuando la temperatura baja alrededor de los 45-C por efecto de un mal contacto eléctrico o que la barra del cátodo esté sin contacto eléctrico. La placa es posicionada sobre la cara superior de la barra del cátodo y se fija a través de medios de fijación, como carcasas envolventes, abrazaderas u otros elementos mecánicos de fijación.
Haciendo referencia a las figuras 5a y 5b, si la celda electrolítica, tanto para electroobtención como para electrorefinación, está funcionando de manera correcta, entonces la temperatura en los electrodos será alrededor de entre 65 a 80 QC. Sin embargo, si la tempera de los electrodos se eleva a 90 QC o más, significa que se está produciendo un cortocircuito. Por otro lado, si la temperatura baja a alrededor de los 45 QC, es señal que algún electrodo dejó de hacer contacto, interrumpiéndose la corriente hacia los otros electrodos. Por ello, en cualquiera de las dos situaciones, es necesario contar con algún elemento de bajo costo, que permita identificar y localizar exactamente el electrodo que está con problemas Para ello, la presente invención propone colocar sobre la cara superior de la barra de cátodo (5) una placa (10) que permita detectar estos problemas a través del cambio de color en ella.
En una primera modalidad, la placa (10a) está conformada por un plástico que contiene partículas termosensibles, o bien, la placa se puede confeccionar con un material buen conductor del calor, como por ejemplo un metal, cuya cara superior posee una película con pintura termosensible. En ambos casos, es posible obtener a través de diferentes fabricantes y distribuidores en el mundo, pigmentos termosensibles que estén de un color "N" o normal, por ejemplo blanco, y que cambie a un color "A" llamativo de alta temperatura, por ejemplo, dentro del espectro del rojo, para determinar los cortocircuitos. Asimismo, es posible obtener pigmentos termosensibles que estén de un color "N" o normal, por ejemplo blanco, y que cambie a un color "B" de baja temperatura, por ejemplo, dentro del espectro del verde, para determinar la falta de contacto eléctrico.
Sin embargo, si se desea colocar en una barra de cátodo (5) solo una placa termosensible (10), o bien, dos placas termosensibles (10), una para detectar cortocircuitos o un mal contacto eléctrico, entonces será necesario buscar algún medio de fijación (12) de la placa termosensible (10) a la barra de cátodo (5).
En una primera modalidad, según se muestra en las figuras 6 y 8, el medio de fijación (12) está conformado por una carcasa cerrada (12a) que tiene un cuerpo ahuecado (1 1 ) que envuelve la barra de cátodo (5) tanto en sus caras laterales, cara inferior y cara superior, dejando una cavidad central (16) que atraviesa dicha carcasa cerrada (12a), desde su cara frontal hacia su cara trasera, teniendo dicha cavidad central (16) una holgura para que quepa, tanto la barra de cátodo (5), como la placa termosensible (10). La placa termosensible (10) es colocada sobre la barra de cátodo (5), cercano a la lámina del cátodo (9). Cuando la placa termosensible (10) y la carcasa cerrada (12a) están colocadas en su lugar, la pared inferior posee una perforación inferior (17), por lo general rosca, para alojar un tornillo (15), el cual se aprieta hasta fijar la carcasa y la placa. Para que se pueda visualizar el cambio de color de la placa termosensible (10), la carcasa cerrada (12a), posee en la cara superior del cuerpo ahuecado, un vaciado superior (14), de contorno más pequeño que la placa termosensible (10), de tal forma que se transforme en un visor. En casos de ambientes que son muy agresivos, es posible colocar una placa translúcida (13) que puede estar conformada por vidrio, plástico translúcido, policarbonato translúcido o lo similar, para proteger la placa de dicho ambiente. Las figuras 8 y 9, son similares a las figuras 6 y 7, en donde se muestra la misma modalidad anterior, pero en donde, la placa es una placa metálica pintada con pintura termosensible (10b), que es la segunda modalidad de placa de la presente invención.
La capacidad de que tiene la carcasa cerrada (12a) para alojar la barra de cátodo (5) y la placa termosensible (10), se puede observar en la figura 10. Primeramente, en la imagen de la derecha, se muestra una vista lateral de la barra de cátodo (5) y de la carcasa cerrada (12a), las cuales tienen una línea de corte, que corresponde a la imagen de la izquierda. En esta última, se observa que tanto la barra de cátodo (5) como la placa termosensible (10), están correctamente fijadas y unidas, de tal formas que si la barra de cátodo (5) se calienta, dicho es traspasado a la placa termosensible (10), haciéndola cambiar de color. La fijación se produce, mediante el apriete del tornillo (15) en la perforación inferior (17), que también tiene rosca. Evidentemente, que para las personas versadas en el arte, la disposición del medio de fijación, como por ejemplo, un tornillo y perforación con hilo, pueden ser colocados en cualquier parte del contorno, del cuerpo ahuecado (1 1 ) de la carcasa cerrada (12a).
Tal como se señaló en los párrafos precedentes, la placa termosensible (10) y la carcasa cerrada (12a), que conforman el sistema de la presente invención, es colocado en la barra de cátodo (5), tal como se muestra en la figura 1 1 . Sin embargo, con un solo sistema es posible obtener una de las dos condiciones deseadas de conocer, es decir, aumento de la temperatura por efecto de un cortocircuito, o bien, una baja de temperatura por una falla de contacto. Por ello, si se requiere conocer ambas condiciones, será necesario colocar dos sistemas, con placas termosensibles (10) diferentes, una que tenga pigmentos termosensibles que detecten temperaturas altas y una que tenga pigmentos termosensibles que detecten temperaturas bajas, según cualquier de las dos modalidades de placas (10), una placa conformada por plástico con pigmentos termosensibles (10a) y otra placa conformada con un metal y pintada en su cara superior, con una pintura que tenga pigmentos termosensibles (10b). Por ello, en la figura 12, se muestra una vista en explosión de dos sistemas de placas termosensibles 10 y carcasas cerradas (12a) que son colocadas una junta a la otra, primero una y luego la otra, según se muestra en la figura 13.
En el evento que desee un montaje realizar un montaje independiente, o bien, sea necesario intervenir únicamente el sistema más próximo a la placa del cátodo (9), evitando tener que sacar ambos sistemas, es posible llevar a cabo esta invención, con una carcasa de montaje lateral. En la figura 14, se muestra una segunda modalidad de la invención en la cual el medio de fijación (12) está conformado por una carcasa lateral (18), en la cual posee un cuerpo ahuecado y abierto lateral (19), en donde una de sus paredes laterales ha sido removida, para dejarla de manera independiente, como una pared lateral desprendible (20). Al igual que en la primera modalidad, la carcasa posee una ventana superior (14), para visualizar el cambio de color en la placa termosensible (10). También, si hubiese un ambiente muy agresivo, es posible colocar una placa translúcida (13) que puede estar conformada por vidrio, plástico translúcido, policarbonato translúcido o lo similar, para proteger la placa de dicho ambiente.
En este caso, la carcasa lateral (18) es montada por un costado de barra de cátodo (5), asegurándose que la placa termosensible (10) quede ajustada y alineada con la ventana superior (14). Una vez que ello ha ocurrido, la pared lateral desprendible (20) es pasada a través de la ranura superior (21 ), hasta que tope con el borde del piso inferior (22) del cuerpo ahuecado y abierto lateral (19). Luego de ello, el tornillo (15) es introducido en la perforación lateral (17), que por lo general tiene rosca, y luego, dicho tornillo (15) es apretado hasta que todo el sistema quede fijado.
Una tercera modalidad, es mostrada en la figura 15, en donde el medio de fijación (12) está conformado por una carcasa superior (23), en la cual posee un cuerpo ahuecado y abierto inferior (24), en donde su pared inferior ha sido removida, para dejarla de manera independiente, como una pared inferior desprendible (25). Al igual que en las primera y segunda modalidades, la carcasa posee una ventana superior (14), para visualizar el cambio de color en la placa termosensible (10). También, si hubiese un ambiente muy agresivo, es posible colocar una placa translúcida (13) que puede estar conformada por vidrio, plástico translúcido, policarbonato translúcido o lo similar, para proteger la placa de dicho ambiente.
Para realizar el montaje desde la parte superior de la barra de cátodo (5), la carcasa superior (23) es colocada sobre dicha barra de cátodo (5) y baja hasta contactar la placa termosensible (10), asegurándose que ésta quede ajustada y alineada con la ventana superior (14). Una vez que ello ha ocurrido, la pared inferior desprendible (25) es pasada a través de la ranura lateral inferior (26), hasta que tope con el borde lateral inferior (27) de la pared lateral del cuerpo ahuecado y abierto inferior (24). Luego de ello, el tornillo (15) es introducido en la perforación inferior (17), que por lo general tiene rosca, y luego, dicho tornillo (15) es apretado hasta que todo el sistema quede fijado.
Una cuarta modalidad, es mostrada en la figura 16, en donde placa termosensible tiene una extensión trasera (50) y una extensión delantera (51 ), las cuales contienen una primera ranura trasera (28) y una segunda ranura delantera (29), para alojar los medios de fijación (12). En esta cuarta modalidad, los medios de fijación (12) están conformados por una primera abrazadera trasera (52) que encaja en la primera ranura trasera (28) y por una segunda abrazadera delantera (53) que encaja en la ranura (29). La primera abrazadera trasera (52), está conformada por una pletina que tiene el mismo ancho que la primera ranura trasera (28) y un espesor igual a la profundidad de la primera ranura trasera (28). La primera abrazadera trasera (52) está conformada por dicha pletina doblada, posee una porción lateral abierta trasera superior (38), doblándose para conformar una porción superior trasera (30), doblándose para conformar una porción lateral continua trasera (36), doblándose para conformar una porción de piso trasera (37), doblándose para conformar una porción lateral abierta trasera inferior (39). Desde la porción lateral abierta trasera superior (38) emerge de manera perpendicular a ésta una proyección superior trasera (33) que tiene una perforación central trasera superior (54), y desde porción lateral abierta trasera inferior (39), emerge de manera perpendicular a ésta una proyección inferior trasera (32) que tiene una perforación central trasera inferior (44). Para realizar el aprieta de la primera abrazadera trasera (52), es necesario que la porción superior trasera (30) sea colocada en la primera ranura trasera (28), y luego de ello, el tornillo trasero (46) es pasado a través de la perforación central trasera superior (54) y de la perforación central trasera inferior (44), siendo apretado utilizando la tuerca trasera (48). Toda la primera abrazadera posterior (52) envuelve la placa termosensible (10) y la barra de cátodo (5), generando así una primera fijación en esta modalidad.
La segunda abrazadera delantera (53), está conformada por una pletina que tiene el mismo ancho que la primera ranura delantera (29) y un espesor igual a la profundidad de la primera ranura delantera (29). La segunda abrazadera delantera (53) está conformada por dicha pletina doblada, posee una porción lateral abierta delantera superior (40), doblándose para conformar una porción superior delantera (31 ), doblándose para conformar una porción lateral continua delantera (42), doblándose para conformar una porción de piso delantera (43), doblándose para conformar una porción lateral abierta delantera inferior (41 ). Desde la porción lateral abierta delantera inferior (41 ) emerge de manera perpendicular a ésta una proyección superior delantera (34) que tiene una perforación central (54), y desde porción lateral abierta delantera inferior (41 ), emerge de manera perpendicular a ésta una proyección inferior delantera (41 ) que tiene una perforación central (55). Para realizar el aprieta de la segunda abrazadera delantera (53), es necesario que la porción superior delantera (31 ) sea colocada en la segunda ranura delantera (29), y luego de ello, el tornillo delantera (47) es pasado a través de la perforación central delantera superior (45) y de la perforación central delantera inferior (45), siendo apretado utilizando la tuerca delantera (49). Toda la segunda abrazadera delantera (53) envuelve la placa termosensible (10) y la barra de cátodo (5), generando así una segunda fijación en esta cuarta modalidad.
Una quinta modalidad, es mostrada en la figura 17, en donde placa termosensible tiene una extensión trasera (50) y una extensión delantera (51 ), las cuales contienen una primera ranura trasera (28) y una segunda ranura delantera (29), para alojar los medios de fijación (12). En esta quinta modalidad, los medios de fijación (están conformados por una primera abrazadera trasera (52) que encaja en la primera ranura trasera (28) y por una segunda abrazadera (53) que encaja en la ranura (29). La primera abrazadera trasera (52), está conformada por una pletina que tiene el mismo ancho que la primera ranura trasera (28) y un espesor igual a la profundidad de la primera ranura trasera (28). La primera abrazadera trasera (52) está conformada por dicha pletina doblada, posee una porción lateral abierta trasera superior (38), doblándose para conformar una porción superior trasera (30), doblándose para conformar una porción lateral continua trasera (36), doblándose para conformar una porción de piso trasera (37), doblándose para conformar una porción lateral abierta trasera inferior (39).
La segunda abrazadera delantera (53), está conformada por una pletina que tiene el mismo ancho que la primera ranura delantera (29) y un espesor igual a la profundidad de la primera ranura delantera (29). La segunda abrazadera delantera (53) está conformada por dicha pletina doblada, posee una porción lateral abierta delantera superior (40), doblándose para conformar una porción superior delantera (31 ), doblándose para conformar una porción lateral continua delantera (42), doblándose para conformar una porción de piso delantera (43), doblándose para conformar una porción lateral abierta delantera inferior (41 ).
Desde la porción lateral abierta trasera superior (38) y desde porción lateral abierta delantera superior (40) emerge de manera perpendicular a éstas una primera proyección perpendicular superior (56) que tiene una perforación central superior (57). Desde la porción lateral abierta trasera inferior (39) y desde la porción lateral abierta delantera inferior (41 ), emerge de manera perpendicular a éstas una segunda proyección perpendicular inferior (58) que tiene una perforación central superior (57). Para realizar el aprieta de la primera abrazadera trasera (52) y la segunda abrazadera delantera (53), es necesario que la porción superior trasera (30) sea colocada en la primera ranura trasera (28) y que la porción superior delantera (31 ) sea colocada en la segunda ranura delantera (29) y luego de ello, el tornillo lateral (60) es pasado a través de la perforación central inferior (59) y de la perforación central superior (57), siendo apretado dicho tornillo (60) utilizando la tuerca delantera (51 ), generando así una única fijación en esta quinta modalidad.
Los medios de fijación (12), como carcasas envolventes, abrazaderas u otros elementos mecánicos de fijación, según las modalidades de realización, como por ejemplo, la carcasa cerrada (12a), la carcasa superior (23), y los sistemas de fijación a través de la primera abrazadera trasera (52) y la segunda abrazadera delantera (53), están conformados generalmente en metal, pudiendo incluso, ser moldeados en plástico que tienen pigmentos termosensibles, de tal manera que en este último caso, el conjunto completo puede indicar la existencia de un cortocircuito o una desconexión de alguno de los electrodos.
Sin embargo, en algunos casos, cuando no existan cubiertas de plástico, sino que, por ejemplo, pelotas (66) que flotan sobre el electrolito, según se muestra en las figuras 18 y 19, el monitoreo automatizado del cambio de color y en tiempo real, puede ser llevado a cabo de manera bastante simple y a bajo costo. Para ello se requiere, que las placas termosensibles (10) fijadas a la barras de cátodos (5), cambien su color "N" (temperatura normal) a un color "A" (alta temperatura), o bien, cambien su color "N" a un color "B" (baja temperatura).
Para ello, la presente invención propone un método de monitoreo, que utiliza los sistemas de placas termosensibles (10) y sus medios de fijación, instalados las barras de cátodo (5). En la figura 1 9, se observa que las placas termosensibles (10) están colocadas sobre las barras de cátodos (5), fijadas por una carcasa cerrada (12a) que tiene una ventana (14), que están siendo vigilados por al menos una cámara de video (62) convencional, que transmite la imagen a un centro de control, donde existe un computador (63) 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 (63), puede advertir que se está generando un cortocircuito por el cambio de color de "N" a "A" de una placa termosensible (10) que está en una determinada barra de cátodo (5). Este operador de vigilancia, puede advertir por radio al operador de planta (1 ), informando el lugar específico donde se está produciendo el cortocircuito, para que se tomen las acciones tendientes a cambiar los electrodos (4) de una determinada celda electrolítica (7).
Este sistema, puede ser automatizado, si el computador (63) tiene un software de análisis de imagen, que permita detectar el cambio de color de "N" a "A" o "N" a "B", e informar a través de un medio de transmisión inalámbrico (64) al operador de planta (1 ), 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 en las barras de los cátodos (5) un sistema conformado por una placa termosensible (19) unida a la dicha por medios de fijación sobre una celda electrolítica (7) en donde dichas placas termosensibles (10) está diseñadas para tener un color "N" uniforme en cada una de ellas, cuando la temperatura de operación de la celda electrolítica (7) se encuentra en un rango de entre 65 a 80 QC, y en donde dichas placas termosensibles (10) cambian a un color "A" cuando existe un aumento de temperatura a 90 QC o más, o bien, cuando cambian a un color "B" cuando existe una disminución de temperatura a partir de los 45 QC;
(b) capturar la imagen de una pluralidad de placas termosensibles (10);
(b) transmitir la imagen de las placas termosensibles (10) hacia un computador (63), localizado en una sala de operación;
(c) procesar dicha imagen para determinar si dicho cobertor (2) ha cambiado de color de "N" a "A", o bien, "N" a "B"; y
(d) transmitir por medio de transmisor inalámbrico (64) a un operador de planta (1 ) la ubicación de la celda electrolítica (7) asociada a las placas termosensibles (10) que han cambiado de un color, en una zona de captura de la imagen procesada (5).

Claims

REIVINDICACIONES
1 . - Un sistema para la detección temprana de cortocircuitos y contactos eléctricos débiles o sin contacto eléctrico en los electrodos (4) en celdas electrolíticas (7) de electro-obtención o electro-refinación de metales, en donde dicha detección se efectúa por el cambio de colores de uno de los elementos del sistema, que utiliza pigmentos termosensibles;
CARACTERIZADO porque dicho sistema comprende:
un medio detector de cambio de temperatura, conformada por una placa (10) que utiliza pigmentos termosensibles, la cual está localizada sobre una barra de cátodo (5), en donde dicha placa termosensible cambia de un color "N" de operación normal de la celda electrolítica (7) a un color "A" con el aumento de la temperatura, o bien, dicha placa que utiliza pigmentos termosensibles que cambia de un color "N" de operación normal de la celda electrolítica (7) a un color "B" con disminución de la temperatura; y
un medio de fijación (12) para fijar dicha placa termosensible (10) sobre dicha barra de cátodo (10).
2. - Un sistema según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque dicha placa termosensible (10) está conformada por plástico que tienen pigmentos termosensibles.
3.- Un sistema según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque dicha placa termosensible (10) está por un material conductor de calor, en tiene una película de pintura con pigmentos termosensibles.
4. - Un sistema según la reivindicación 3, CARACTERIZADO porque dicho material conductor de calor es un metal.
5. - Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, CARACTERIZADO porque los medios de fijación (12) están conformados por plástico que tienen pigmentos termosensibles.
6. - Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, CARACTERIZADO porque los medios de fijación (12) están conformados de metal.
7. - Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, CARACTERIZADO porque el medio de fijación (12) está conformado por una carcasa cerrada (12a) que tiene un cuerpo ahuecado (1 1 ) que envuelve la barra de cátodo (5) tanto en sus caras laterales, cara inferior y cara superior, dejando una cavidad central (16) que atraviesa dicha carcasa cerrada (12a), desde su cara frontal hacia su cara trasera, teniendo dicha cavidad central (16) una holgura para alojar, tanto la barra de cátodo (5), como la placa termosensible (10); en donde la pared inferior de dicho cuerpo ahuecado (1 1 ) posee una perforación inferior (17) para alojar un tornillo (15); en donde dicho cuerpo ahuecado (1 1 ) en su cara superior un vaciado superior (14) a manera de visor del color de la placa termosensible (10).
8.- Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
CARACTERIZADO porque el medio de fijación (12) está conformado por una carcasa lateral (18), en la cual posee un cuerpo ahuecado y abierto lateral (19) y una pared lateral desprendióle (20), teniendo la cara superior de dicho cuerpo ahuecado y abierto lateral (19) una ventana superior (14) para visualizar el color en la placa termosensible (10) y en el costado de dicha cara superior, se localiza una ranura superior (21 ), para alojar dicha pared lateral desprendible (20), la cual se apoya sobre el borde del piso inferior (22) del cuerpo ahuecado y abierto lateral (19), en donde dicha pared lateral desprendible (20) tiene una perforación lateral (17) un tornillo tornillo (15).
9.- Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, CARACTERIZADO porque el medio de fijación (12) está conformado por una carcasa superior (23), en la cual posee un cuerpo ahuecado y abierto inferior (24) y una pared inferior desprendible (25); en donde la cara superior de dicho cuerpo ahuecado y abierto inferior (24) posee una ventana superior (14), para visualizar el cambio de color en la superficie de la placa termosensible (10), y además, en una de sus paredes laterales y cercano al borde inferior, está localizada una ranura lateral inferior (26) para alojar dicha pared inferior desprendible (25) la cual se apoya en el borde lateral inferior (27) de la pared lateral del cuerpo ahuecado y abierto inferior (24), en donde dicha pared inferior desprendible (25) tiene una perforación inferior central (17) que aloja un tornillo (15).
10.- Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9,
CARACTERIZADO porque en dicha cavidad (14) aloja una placa translúcida (13) que puede estar conformada por vidrio, plástico translúcido, policarbonato translúcido o lo similar.
1 1 . - Un sistema según cualquiera de la reivindicaciones 1 a 6, CARACTERIZADO porque dicha placa termosensible tiene una extensión trasera (50) y una extensión delantera (51 ), las cuales contienen una primera ranura trasera (28) y una segunda ranura delantera (29).
12. - Un sistema según la reivindicación 1 1 , CARACTERIZADO porque el medio de fijación (12) está conformados por una primera abrazadera trasera (52) que encaja en la primera ranura trasera (28) y por una segunda abrazadera delantera (53) que encaja en la ranura (29), en donde la primera abrazadera trasera (52) y la segunda abrazadera delantera (53) están conformada por una pletina que tiene el mismo ancho que la primera ranura trasera (28) y un espesor igual a la profundidad de la primera ranura trasera (28).
13.- Un sistema según la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque dicha primera abrazadera trasera (52) está conformada por dicha pletina doblada, posee una porción lateral abierta trasera superior (38), doblándose para conformar una porción superior trasera (30), doblándose para conformar una porción lateral continua trasera (36), doblándose para conformar una porción de piso trasera (37), doblándose para conformar una porción lateral abierta trasera inferior (39); en donde desde la porción lateral abierta trasera superior (38) emerge de manera perpendicular a ésta una proyección superior trasera (33) que tiene una perforación central trasera superior (54), y desde porción lateral abierta trasera inferior (39), emerge de manera perpendicular a ésta una proyección inferior trasera (32) que tiene una perforación central trasera inferior (44); en donde dicha primera abrazadera trasera (52) tiene un tornillo trasero (46) que traspasa la perforación central trasera superior (54) y la perforación central trasera inferior (44), rematando dicho tornillo trasero (46) en una tuerca trasera (48); y en donde dicha segunda abrazadera delantera (53) está conformada por dicha pletina doblada, que posee una porción lateral abierta delantera superior (40), doblándose para conformar una porción superior delantera (31 ), doblándose para conformar una porción lateral continua delantera (42), doblándose para conformar una porción de piso delantera (43), doblándose para conformar una porción lateral abierta delantera inferior (41 ); en donde desde la porción lateral abierta delantera inferior (41 ) emerge de manera perpendicular una proyección superior delantera (34) que tiene una perforación central (54), y desde porción lateral abierta delantera inferior (41 ), emerge de manera perpendicular a ésta una proyección inferior delantera (41 ) que tiene una perforación central (55); en donde dicha segunda abrazadera delantera (53) tiene un tornillo delantero (47) que traspasa la perforación central delantera superior (55) y la perforación central delantera inferior (55), rematando dicho tornillo delantero (47) en una tuerca delantera (49).
14.- Un sistema según la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque dicha primera abrazadera trasera (52) está conformada por dicha pletina doblada, posee una porción lateral abierta trasera superior (38), doblándose para conformar una porción superior trasera (30), doblándose para conformar una porción lateral continua trasera (36), doblándose para conformar una porción de piso trasera (37), doblándose para conformar una porción lateral abierta trasera inferior (39); y en donde dicha segunda abrazadera delantera (53) está conformada por dicha pletina doblada, que posee una porción lateral abierta delantera superior (40), doblándose para conformar una porción superior delantera (31 ), doblándose para conformar una porción lateral continua delantera (42), doblándose para conformar una porción de piso delantera (43), doblándose para conformar una porción lateral abierta delantera inferior (41 ); en donde desde la porción lateral abierta trasera superior (38) y desde porción lateral abierta delantera superior (40) emerge de manera perpendicular a éstas una primera proyección perpendicular superior (56) que tiene una perforación central superior (57); en donde desde la porción lateral abierta trasera inferior (39) y desde la porción lateral abierta delantera inferior (41 ), emerge de manera perpendicular a éstas una segunda proyección perpendicular inferior (58) que tiene una perforación central superior (57); en donde dicha primera abrazadera trasera (52) y dicha segunda abrazadera delantera (53), tienen un tornillo lateral (60) que traspasa la perforación central inferior (59) y de la perforación central superior (57), rematando dicho tornillo lateral (60) en una tuerca delantera (51 ).
15.- Un método para la detección temprana cortocircuitos y contactos eléctricos débiles o sin contacto eléctrico en los electrodos (4) en celdas electrolíticas (7) de electro-obtención o electro-refinación de metales, en donde dicha detección se efectúa por el cambio de colores de uno de los elementos del sistema, que utiliza pigmentos termosensibles, CARACTERIZADO porque dicho método comprende los siguientes pasos:
(a) colocar en la barra conductora de cada barra de cátodo (5) de una cada una celdas electrolíticas (4) en una nave de celdas de la nave de electro-obtención o electro-refinación, placas termosensibles (10) con sus correspondientes medios de fijación, en donde cada una de dichas placas termosensibles (10) posee en su composición plástica pigmentos termosensibles, o bien, conformadas por materiales trasmisores de calor, cuya superficie está pintada con una película de pintura termosensible, en donde dichas placas termosensibles (10) poseen con pigmentos que tienen un color "N" o normal, por ejemplo blanco, y que cambie a un color "A" llamativo de alta temperatura, por ejemplo, dentro del espectro del rojo, para la detección los cortocircuitos; y en donde dichas placas termosensibles (10) poseen con pigmentos que tienen un color "N" o normal, por ejemplo blanco, y que cambie a un color "B" de baja temperatura, por ejemplo, dentro del espectro del verde, para determinar la falta de contacto eléctrico; (b) capturar la imagen de una pluralidad de placas termosensibles (10) de una zona de detección (65);
(b) transmitir la imagen de las placas termosensibles (10) hacia un computador (63), localizado en una sala de operación;
(c) procesar dicha imagen para determinar si alguna de dichas placas termosensibles (10) ha cambiado de color de "N" a "A", o bien, "N" a "B"; y
(d) transmitir por medio de transmisor inalámbrico (64) a un operador de planta (1 ) la ubicación de la zona de detección (65) donde se encuentra la celda electrolítica (7) asociada a las placas termosensibles (10) que han cambiado de un color,
16.- Un método según la reivindicación 15, CARACTERIZADO por dicha placa termosensible (10) tiene un color "N" cuando la temperatura se encuentra en un rango de entre 65 a 80 QC; cambia a un color "A" cuando la temperatura aumenta a un valor de 90 QC o más; y tiene un color "B" cuando la temperatura baja a partir de los 45 QC.
PCT/CL2016/050073 2015-12-21 2016-12-19 Un sistema para la detección temprana de cortocircuitos y contactos eléctricos débiles Ceased WO2017106982A1 (es)

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