EFICIENCIA ENERGETICA OPTIBAR
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EFICIENCIA ENERGTICACONEXIN MULTICIRCUITAL
Eduardo Wiechmann F (Ph.D.)
Anbal Morales M (ICE)
Septiembre de 2009
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Fundamentos de la Tecnologa
1
1100 100
T
T
VP V I V
R R
RP
1 21 2
1 2
1 2
1 1
1 100 100
T
T
P P PR R
R RP R R
1 R1 R2
1 R
-
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Ejemplo 1: Conexin Barras Equipotenciales SIN dispersin
1
1100%
1TP
1
R= 0.2
R= 0.2
R= 0.2
R= 0.2
R= 0.2
R= 1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Densidad Corr iente COCI
(Walker)
Densidad Corr iente
Operacin
Densidad Corr ienteBaja
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Ejemplo 2: Conexin Barras Equipotenciales CON dispersin
2
191 5%
0 915TP .
.
1
0.80.6 1.21
10.8 1.41.2
1.21 0.61.4
1.41.2 0.80.6
0.61.4 10.8
R= 0.183
R= 0.183
R= 0.183
R= 0.183
R= 0.183
R= 0.915
1.4
0.6
0.8
1
1.2
Densidad Corr iente COCI
(Walker)
Densidad Corr iente
Operacin
Densidad Corr iente
Baja
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Ejemplo 3: Conexin Barras Multicircuitales CON dispersin
3
1100%
1TP
R= 5R= 5R= 5 R= 5 R= 5
1
0.80.6 1.21
10.8 1.41.2
1.21 0.61.4
1.41.2 0.80.6
0.61.4 10.8
1.4
0.6
0.8
1
1.2
R= 1
Densidad Corr iente COCI
(Walker)
Densidad Corr ienteOperacin
Densidad Corr iente
Baja
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Ejemplo 4: Conexin Barras Equipotenciales CON cortocircuitos
4
182 2%
0 822TP .
.
R= 0.111
R= 0.2
R= 0.2
R= 0.111
R= 0.2
R= 0.822
1
11 0.21
11 11
11 11
1 11
11 11
1
1
1
1
1
Densidad Corr iente COCI
(Walker)
Densidad Corr iente
Operacin
Densidad Corr ienteBaja
0.2
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Ejemplo 5: Conexin Barras Multicircuitales CON cortocircuitos
5
192 9%
0 929TP .
.
1
11 1
11 11
11 11
1 11
11 11
1
1
1
1
1
R= 5R= 5R= 4.2 R= 4.2 R= 5 R= 0.929
Densidad Corri ente COCI
(Walker)
Densidad Corri enteOperacin
Densidad Corr iente
Baja
Densidad Corri enteCOCI
(Optibar)
0.2
0.2
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CONCLUSIN: EQUIPOTENCIALES v/s MULTICIRCUITALES
An cuando la eficiencia energtica depende de cada planta y
el clculo presentado es una abstraccin, resulta evidente que
la conexin multicircuital en fuente de corriente es siempre
superior a la conexin equipotencial o Walker.
2 4
3 5
91 5% 82 2% 75 2%
100% 92 2% 92 2%
Equipotencial
Multicircuital
. . .
. .
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Modelo de Celda Electroltica
Rc Rc Rc Rc
RakRakRakRakRak
A AAA
RakRakRak
V V V V V V V V
KKKK
Rc Rc Rc Rc
Modelo de celd a electroltica usado para amb as con f igur acion es.
Vlid o slo p ara pequeas vari aci on es de p armetros .
Parmetro Valor Nominal Variacin
Rc 0.2 [m] 50% aleatorio
Rak 2.0 [m] Ninguna
Vak 1.5 [V] Ninguna
Para la obtencin de resultados se han variado los parmetros internos de las celdas segn la siguiente tabla.
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Comparacin de Dispersin de Corriente
4
00
420
440
460
480
500
520
540
560
580
600
Conv
encio
nal
Innov
acin
0
4
8
12
16
20
Cantidad de
ctodos
Corriente [A]Convencional
Innovacin
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Distribucin de Corriente: Convencional v/s Multicircuital
Conexin Convencional Conexin Multicircuital
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Cortocircuito nodo-Ctodo: Convencional v/s Multicircuital
Conexin Convencional Conexin Multicircuital
COCI COCI
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Circuito Abierto: Convencional v/s Multicircuital
Conexin Convencional
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Circuito Abierto: Convencional v/s Multicircuital
Conexin Multicircuital
-
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Circuito Abierto
Un mal contacto o la falta de un electrodo no interrumpe la corriente en el circuito.
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Circuito abierto
Ctodo 1 2 3 413 349 354 326 32714 346 349 336 29215 345 419 254 28916 261 0 260 29017 232 402 337 35618 343 347 344 34319 332 359 361 37420 344 335 357 305
Celda
Comportamiento comprobado en Refinera (ao 2002).
Medicin de densidad de corriente con un ctodo faltante.
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Cosecha de Ctodos
Con Optibar, la cosecha de ctodos puede ser realizada sin inconvenientescon los procedimientos utilizados actualmente.
AAAAAAKKKKK
AAAAKKKK
Primer tercio de ctodos
Segundo tercio de ctodos
Tercer tercio de ctodos
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Cosecha de Ctodos por tercios
Conexin Convencional
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Cosecha de Ctodos por tercios
Conexin Multicircuital
-
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Marco Cortocircuitador
Este opera del mismo modo en la conexin Convencional como en Optibar.
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Marco Cortocircuitador
Distribucin de Corriente con Conexin Convencional
durante la utilizacin de Marco Cortocircuitador
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Marco Cortocircuitador
Distribucin de Corriente con Conexin Multicircuital
durante la utilizacin de Marco Cortocircuitador
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Barra Segmentada
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Barra Intermedia Original (Optibar 0.0)
-
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Barra Intermedia Original(Optibar 0.0) ao 2002
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Resultados Planta Piloto Refinera ao 2002 Optibar 0.0
Voltaje de celda [mV]:
TecnologaCeldas
Primer ciclo Segundociclo
Tercer cicloVoltaje de
celdapromedio
BarraSegmentadaCeldas 1 a 9
294.43 350.77 288.45 311.22
BarraConvencionalCeldas 10 a 20
317.98 376.75 302.11 332.28
Voltajes de Celda
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Resultados Planta Piloto Refinera ao 2002 Optibar 0.0
Cantidad de cortocircuitos
TecnologaCeldas
Primerciclo
Segundociclo
Tercerciclo
Cantidadpromedio decortocircuitospor celda-da
Densidadde corriente
decortocircuito
BarraSegmentadaCeldas 1 a 9
35 103 28 0.61 391.92
Barra
ConvencionalCeldas 10 a 20
108 230 56 1.44 >520.00
Ocurrencia de Corto circuitos
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-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440
450
Densidad de Corriente [A/m2]
Pro
ba
bilida
ddeO
currenc
ia[%]
Convencional
Segmentada Segmentada +5.4%
Segmentada +11.4%
Dispersin de Corrientes Catdicas
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Evaluacin Industrial de Conexin Multicircuital
Refinera Codelco Norte
N Contrato 4500810032
Ao 2009
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Diseo de Optibar 1.0
Tmxima +44C Tmxima +42C
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Barra Optibar 1.0 en operacin en RefineraCodelco Norte en semiseccin 14 1-A (20 celdas).
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Barra Optibar 1.0 en operacin en RefineraCodelco Norte en semiseccin 14 1-A (20 celdas).
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Barra Optibar 1.0 en operacin en RefineraCodelco Norte en semiseccin 14 1-A (20 celdas).
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Alineamiento Fsico utilizando capping board de compuesto polimrico. Elresultado ser mejorado sustancialmente con el uso de los mismos cappingboards plsticos utilizados por la refinera.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 20 40 60 80 100 120
Electrodo
DistanciaentreElectrodos[cm]
Alineamiento Capping Board Plsticos
Alineamiento Capping Board Compuesto Polimrico
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Corrientes catdicas por celda. La prueba de Optibar 1.0 present un 5,7% mejoreficiencia energtica. La proyeccin es alcanzar un 7% con Optibar 2.0.
0
100
200
300
400
500
600
0 10 20 30 40 50 60
Ctodo
Corr
ien
teCat
dica
[A]
Corriente Catdica en Configuracin Convencional con Capping
Board Plstico
Proyeccin corriente Catdica en Configuracin Multicircuital con
Capping Board Plst ico
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Evaluacin Industrial de Conexin Multicircuital
Datos recopilados en Planta en Semisecciones 14-1A y 14-1B desde 27 Abril hasta el 23 de junio de2009. Refinera Codelco Norte. N Contrato 4500810032
Comparacin Distribuciones Corriente DC Walker y Optibar
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Corriente DC Ctodo [A] (ventana de salida)
P
robabilidadOcurrencia[%]
Dist Corr. DC 14-1A
Distr. Corr. DC 14-1B
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Diseo Barra Optibar 2.0
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Diseo Barra Optibar 2.0
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Fabricacin Barra Optibar 2.0 con Base FRP
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Fabricacin Barra Optibar 2.0 con Base FRP
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Fabricacin Barra Optibar 2.0 con Base FRP
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Resultados preliminares obtenidos en Refinera en Semisecciones 14-1A y 14-1B desde 27
Abril hasta el 23 de agosto de 2009. Codelco Norte N Contrato 4500810032.
Corriente totalizada de ciclo catdico 335.000 [A-da]
Peso obtenido (por Ciclo Catdico por Semiseccin de 20 celdas )
Conexin Convencional
168.000 [kg]
Peso obtenido con Optibar 1.0 + 3,0 %
Peso obtenido con Optibar 2.0 + 5,0 %
Energa consumida( por Ciclo Catdico por Semiseccin 20 celdas)
Conexin Convencional
50,4 [MW-h]
Energa consumida Optibar 1.0 - 5,5 %
Energa consumida Optibar 2.0 - 7,0 %
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Resultados preliminares obtenidos en Refinera en Semisecciones 14-1A y 14-1B desde 27
Abril hasta el 23 de agosto de 2009. Codelco Norte N Contrato 4500810032.
Peso Obtenido [kg]
Fecha EnergizacinFecha
Termino
Conexin
Convencional
Conexin
Multicircuital
Incremento
Peso Obtenido [kg]
14/04/2009 23/04/2009 159.400 164.300 + 3.1%
25/04/2009 04/05/2009 184.723 185.217 + 0.27%
06/05/2009 15/05/2009 180.176 181.457 + 0.71%
15/05/2009 24/05/2009 186.314 186.458 + 0.08%
05/06/2009 14/06/2009 139.807 156.252 + 11.8%
15/06/2009 24/06/2009 168.438 175.503 + 4.2%
25/07/2009 03/08/2009 162.097 166.611 + 2.8%
04/08/2009 12/08/2009 174.173 183.315 + 5.3%
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Resultados preliminares obtenidos en Refinera en Semisecciones 14-1A y 14-1B desde 27
Abril hasta el 23 de agosto de 2009. Codelco Norte N Contrato 4500810032.
5,5
5,6
5,7
5,8
5,9
6
6,1
6,2
6,3
6,4
6,5
6,6
05-may 06-may 07-may 08-may 09-may 10-may 11-may 12-may 13-may 14-may 15-may
Tiempo [das]
Vo
lta
jeSem
isecc
in
[V]
Semiseccin Conexin Optibar
Semiseccin Conexin Convencional
Evolucin voltajes Semisecciones Convencional y Optibar durante un ciclo catdico
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Resultados preliminares obtenidos en Refinera en Semisecciones 14-1A y 14-1B desde 27
Abril hasta el 23 de agosto de 2009. Codelco Norte N Contrato 4500810032.
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
0 10 20 30 40 50 60
Ctodo
Tempera
tura
[C]
Celda Optibar
Celda COnvencional
Temperatura de contactos en Barras Optibar es 10C en promedio menor que enbarras Convencionales para las mismas condiciones de operacin.
P i R d i C B fi i T l M l i i i l
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Proyeccin Reduccin Costos y Beneficios con Tecnologa Multicircuital
ProduccinAnualCobre
[TMF/ao]
ConsumoEnergaElctrica
[MJ/TMF]
Precio PromedioEnerga
[US$/MWh]
Costo AnualEnerga
[MUS$/ao]
AhorroEnergtico
Ahorro AnualCostos
[MUS$/ao]
EW 140.000 10.700 150 62,5 + 5% 3,12
ER 700.000 1.285 150 37.5 + 7% 2.63
ProduccinAnualCobre
[TMF/ao]
PrecioPromedio
Cobre Grado A[US$/lb]
IncrementoProduccin
Cobre
IncrementoIngresos Anual
[MUS$/ao]
EW 140.000 2.0 + 5% 30.86
ER 700.000 2.0 + 5% 154.3
P i R d i E i i GEI T l M l i i i l
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Proyeccin Reduccin Emisiones GEI con Tecnologa Multicircuital
Emisin GEI[TM CO2eq/TMF]
Produccin AnualCobre
[TMF/ao]
Emisin AnualGEI
[TM CO2eq/ao]
AhorroEnergtico
Reduccin EmisinAnual GEI
[TM CO2eq/ao]
EW 2,81 140.000 393.400 5% 19.800
ER 0,3 700.000 210.000 7% 16.700
Emisin GEI[TM CO2eq/TMF]
Produccin AnualCobre
[TMF/ao]
Emisin AnualGEI
[TM CO2eq/ao]
IncrementoProduccin
Cobre
Reduccin EmisinAnual GEI
[TM CO2eq/ao](adicionales)
EW 2,81 140.000 393.400 + 5% 19.700
ER 0,3 700.000 210.000 + 5% 10.500
REFERENCIAS
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REFERENCIAS
Copper Electrowinning using Segmented Intercell Bars for Improved current distribution, E.P.Wiechmann, G.A. Vidal, A.J. Pagliero and J.A. Gonzlez, Canadian Metallurgical Quarterly, Vol. 41, N 4, pp.425-432, 2002.
TechnologicalImprovement In Copper Electrometallurgy: Optibar Segmented Intercell Bars (PatentPending). Guillermo A. Vidal, Eduardo P. Wiechmann, Antonio J. Pagliero. Canadian MetallurgicalQuarterly ISSN 008-4433, Vol 44, N 2 pp 147-154, April 2005.
Current-Source Connection of Electrolytic Cell Electrodes: An Improvement for Electrowinning andElectrorefinery. Eduardo P. Wiechmann, Member, IEEE, Guillermo A. Vidal, and Antonio J. Pagliero,IEEE Transactions On Industry Applications ISSN 0093-9994, Vol. 42, N 3, May/June 2006. ISI. Electedbest Transaction paper for the Mining Industry Committee.
Short-Circuit Detection for Electrolytic Processes Employing Optibar Intercell Bars,Aqueveque, P.E.; Wiechmann, E. P.; Burgos, R. P.; Industry Applications, IEEE Transactions on Volume 45, Page(s):1225 1231, Issue 4, July-Aug. 2009.
REFERENCIA
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REFERENCIA
Short-Circuit Detection for Electrolytic Processes Employing Optibar Intercell Bars,Aqueveque, P.E.; Wiechmann, E. P.; Burgos, R. P.; Industry Applications, IEEE Transactions on Volume 45, Page(s):1225 1231, Issue 4, July-Aug. 2009.