ES2624225T3 - Medición de la corriente eléctrica de un electrodo individual en un sistema de electrólisis - Google Patents

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ES2624225T3 ES14757730.8T ES14757730T ES2624225T3 ES 2624225 T3 ES2624225 T3 ES 2624225T3 ES 14757730 T ES14757730 T ES 14757730T ES 2624225 T3 ES2624225 T3 ES 2624225T3
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Abstract

Un método de medición de la corriente eléctrica que circula en un electrodo individual en un sistema de electrólisis que comprende una pluralidad de electrodos intercalados (1, 2), cátodos (1) y ánodos (2), dispuestos en una célula electrolítica (3) e inmersos en un electrolito, teniendo dicho sistema de electrólisis una estructura de barra colectora (4) dispuesta sobre una pared de separación (5) de célula entre cada dos células adyacentes, comprendiendo dicha estructura de barra colectora una barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11) al objeto de conectar eléctricamente los ánodos de una célula con los cátodos de una célula adyacente, proporcionando a la corriente múltiples trayectorias eléctricas entre los electrodos, estando formada dicha conexión eléctrica por los puntos de contacto (12) entre la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11) y las asas (13) de los electrodos, caracterizado por que la corriente eléctrica en la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11) se mide en unos puntos de medición (14) situados entre cada par de puntos de contacto (12) adyacentes.

Description

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DESCRIPCION
Medicion de la corriente electrica de un electrodo individual en un sistema de electrolisis Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un metodo de medicion de la corriente electrica que circula en un electrodo individual en un sistema de electrolisis. Ademas, la invencion se refiere a una estructura de medicion de corriente para la medicion de la corriente electrica que circula en un electrodo individual en un sistema de electrolisis.
Antecedentes de la invencion
En el refino electrolftico (ER, electrorefining, por sus siglas en ingles) y en la extraccion electrolftica (EW, electrowinning, por sus siglas en ingles), los electrodos se sumergen en un electrolito y se hace pasar una corriente electrica entre ellos. El anodo es positivo y el catodo es negativo, de manera que pasa una corriente electrica a traves del electrolito desde el anodo al catodo.
En el refino electrolftico (ER), el anodo metalico es soluble. Es decir, el metal se introduce en el electrolito bajo la influencia del potencial entre el anodo y el catodo. Por ejemplo, en el refino electrolftico del cobre, el anodo esta hecho de cobre metalico con impurezas y los iones de cobre se introducen en el electrolito desde el anodo. Los iones de cobre, ya en el electrolito, se transportan a traves del electrolito, o por medio del electrolito, hasta el catodo, en donde se depositan. El catodo puede ser del mismo metal que el metal que se esta depositando o puede ser de un metal diferente. Por ejemplo, en el refino electrolftico del cobre, en su momento fue comun emplear un catodo hecho de cobre. Sin embargo, actualmente se utiliza mayoritariamente un catodo permanente de acero inoxidable, el cual se recubre rapidamente de cobre, y el cual, a partir de entonces, se comporta esencialmente como un catodo de cobre. El cobre depositado se quita o raspa de forma mecanica del catodo permanente y se vuelve a utilizar el catodo permanente. El cobre depositado sobre el catodo es de una elevada pureza. Las impurezas que habfa en el anodo con impurezas se pueden disolver en el electrolito o pueden precipitar como un solido a medida que el anodo se disuelve, y pueden contener subproductos de utilidad, por ejemplo, oro. Ademas del cobre, los metales purificados por medio de ER incluyen el oro, plata, plomo, cobalto, mquel, estano y otros metales.
La extraccion electrolftica (EW) difiere del refino electrolftico en que el metal deseado se importa al interior de las celulas y ya esta contenido en el electrolito. En el ejemplo del cobre, se emplea normalmente acido sulfurico para disolver el cobre de una forma de oxido de un mineral de cobre, y el ftquido resultante, despues de ser concentrado, se importa al interior de una celula de extraccion electrolftica para hacer que se extraiga el cobre. Se sumergen un anodo y un catodo en el electrolito y se hace pasar una corriente entre ellos, siendo nuevamente el anodo positivo y siendo el catodo negativo. En la extraccion electrolftica, el anodo no es soluble, sino que esta hecho de un material inerte. Normalmente, se utiliza un anodo de aleacion de plomo en el caso de la extraccion electrolftica del cobre. El catodo puede ser del mismo metal que el que se esta extrayendo del electrolito o puede ser de un material diferente. Por ejemplo, en el caso del cobre, se pueden utilizar catodos de cobre, aunque se utilizan mayoritariamente catodos de acero inoxidable, los cuales se recubren rapidamente de cobre. Bajo la influencia de una corriente electrica, el metal que se ha de extraer sale de la solucion del electrolito y se deposita en una forma muy pura sobre el catodo. El electrolito se hace circular y se concentra por medio de este proceso, habiendo cedido una gran proporcion de su contenido metalico. Ademas del cobre, los metales que se obtienen por medio de extraccion electrolftica incluyen el plomo, oro, plata, zinc, cromo, cobalto, manganeso, aluminio y otros metales. Para algunos metales, como el aluminio, el electrolito es un material fundido en vez de una solucion acuosa.
A modo de ejemplo de las tensiones y corrientes involucradas, en el refino del cobre, la tension de la celula es, por lo general, de aproximadamente 0,3 V, y en la extraccion electrolftica del cobre es de aproximadamente 2,0 V. En ambos casos, la densidad de corriente catodica es de aproximadamente 300 A/m2, y la superficie de cada lado del electrodo en la actualidad es de aproximadamente 1 m2. Estas cifras difieren considerablemente para metales diferentes y se pueden utilizar densidades de corriente que vanan ampliamente para el mismo metal, aunque la invencion tiene aplicacion para el refino electrolftico y la extraccion electrolftica de todos los metales.
En el ER y la EW, el punto de partida es un anodo yuxtapuesto a un catodo en un electrolito contenido en un tanque. Pero se pueden utilizar muchas placas de catodo y muchas placas de anodo, intercaladas, estando todas las placas de anodo conectadas en paralelo y estando todas las placas de catodo conectadas en paralelo, y contenidas en el interior de un unico tanque de electrolito. Desde el punto de vista electrico, esto se parece todavfa a una unica celula y, por lo tanto, en la industria se le considera comunmente una celula. En la industria del ER y la EW, “celula” se utiliza casi universalmente para dar a entender un tanque lleno con anodos y catodos en paralelo. En la industria del ER y la EW, “tanque” puede querer decir lo mismo que “celula”, como se acaba de mencionar, o se puede querer referir unicamente al recipiente, dependiendo del contexto. En las salas de tanques, las celulas se conectan electricamente en serie. Una tfpica sala de tanques de ER puede requerir, por lo tanto, un suministro electrico del orden de 36.000 amperios a 200 voltios.
En la figura 1 se muestra el circuito electrico que representa una tfpica sala de tanques. Los tanques 3, conteniendo cada uno una celula (compuesta de muchos catodos 1 en paralelo y muchos anodos 2 en paralelo), se conectan en
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serie. Se conecta una fuente de tension continua 27 a lo largo del circuito en serie para hacer circular la corriente deseada a traves de las celulas 3. La corriente total se mantiene en un valor deseado. Idealmente, la corriente debena dividirse por igual entre los catodos 1. En la practica, hay una variacion significativa en la resistencia de cada trayectoria de corriente catodo-anodo y, por consiguiente, hay variaciones en los valores de las corrientes catodicas individuales. Esto significa en la practica que el proceso de produccion de metal funciona por debajo del rendimiento optimo.
Mas gravemente, a veces ocurre una interrupcion en el funcionamiento de parte de la celula cuando se desarrolla un cortocircuito entre una placa de anodo y una placa de catodo. Esto se debe, normalmente, al crecimiento de un nodulo o dendrita de metal en una placa de catodo, que aumenta de tamano hasta que hace conexion con la placa de anodo adyacente. El nodulo de metal tiene que ser ffsicamente extrafdo para permitir que continue el funcionamiento normal.
Otra interrupcion del funcionamiento normal puede tener lugar cuando un catodo individual o un anodo individual se desconecta del circuito electrico. Tal y como muestra la figura 2, la conexion electrica con los catodos 1 y los anodos 2 se realiza normalmente por medio de orejetas o asas 13 que se proyectan desde cada lado de los electrodos. En el lado derecho, el asa 13 se situa sobre una estructura de barra colectora 4, la cual forma parte del circuito electrico. La desconexion es causada, normalmente, por la corrosion o el quemado del punto de contacto 12, o por medio de un obstaculo exterior que se atasca entre el asa 13 y la barra colectora 4 o por la acumulacion de sulfato entre el asa 13 y la barra colectora 4. En el lado izquierdo, el otro asa 13' puede estar situada sobre una barra de soporte aislada 4', o esta barra puede ser una barra colectora secundaria, tambien denominada barra compensadora, de manera que el electrodo 1 esta conectado electricamente a traves de dos trayectorias al objeto de reducir el efecto de un mal contacto de una de las asas 13.
Un cortocircuito da lugar a que una cantidad extraordinariamente grande de corriente circule en el catodo 1 y en el anodo 2, los cuales estan en cortocircuito electrico entre sf. Los metodos utilizados convencionalmente para la deteccion de cortocircuitos estan lejos de ser ideales. Un metodo es la deteccion del sobrecalentamiento de los electrodos que es consecuencia del cortocircuito. Esto dista de ser satisfactorio debido a que se puede haber producido un dano en el electrodo, en sus asas 13 o en la barra colectora 4 debido al tiempo de retardo con el que se detecta el cortocircuito.
Este metodo resultara todavfa menos aceptable a medida que se introduzcan en los procesos de extraccion electrolttica nuevos anodos caros de elevado rendimiento. En la extraccion electrolttica, se han utilizado mayoritariamente anodos inertes de plomo. En los ultimos anos, se han utilizado de forma creciente anodos de titanio recubiertos catalfticamente con mezclas de oxidos metalicos (MMO, mixed metal oxide, por sus siglas en ingles), debido a sus propiedades superiores. Sin embargo, los anodos de titanio recubiertos con MMO son mas caros que los anodos de base plomo y se pueden danar mas facilmente por el calor generado durante el cortocircuito. Es imprescindible, por lo tanto, que los problemas relativos al proceso, en particular, los cortocircuitos entre los electrodos, se identifiquen de manera muy rapida. Ademas, es deseable que se identifiquen las circunstancias que probablemente den lugar a un cortocircuito. Un indicador de un cortocircuito incipiente es una elevacion en la corriente catodica o anodica por encima de su valor normal. Por lo tanto, la medicion de la corriente con una precision y resolucion adecuada para la deteccion de esta elevacion de corriente es una herramienta para la identificacion de situaciones peligrosas y para provocar que se realice una accion por parte del operador al objeto de corregir esta situacion.
Otro metodo para la deteccion de cortocircuitos es tener un trabajador que vigile los tanques utilizando un gausfmetro al objeto de detectar el elevado campo magnetico generado por la corriente de cortocircuito. Debido al reducido trabajo, a menudo la vigilancia se puede organizar siendo unicamente de una vez al dfa, o de un maximo de unas pocas veces al dfa. Por tanto, el cortocircuito puede pasar inadvertido durante muchas horas, durante las cuales se pierde la produccion, se reduce el rendimiento de corriente, aumenta el riesgo de descenso en la calidad del catodo, y los electrodos, asas y barras colectoras se pueden ver danados. Este metodo ha resultado ser ademas muy ineficaz debido a que la patrulla de vigilancia necesita comprobar todas las celulas, incluyendo las celulas que no tienen ningun problema. El desplazamiento innecesario hasta la parte superior de las celulas durante la vigilancia puede producir ademas un movimiento de los electrodos y, por consiguiente, nuevos cortocircuitos. Ello aumenta tambien el riesgo de accidentes. Tambien se utilizan camaras de infrarrojos, bien por parte de las patrullas de vigilancia de trabajadores o por gruas-puente, para la deteccion de cortocircuitos a partir del calor generado por una corriente elevada. El metodo ha demostrado a menudo que no ofrece los resultados deseados en el contexto de una sala de tanques debido al gran tiempo de retardo con que se detecta un cortocircuito y debido ademas a problemas de disponibilidad de la grua para la tarea de monitorizacion.
Al objeto de detectar los cortocircuitos y los malos contactos (abiertos), existe la necesidad de detectar estos problemas a nivel de los catodos o anodos individuales por medio de la provision de metodos para la medicion de la corriente que circula en los electrodos individuales.
En la tecnica anterior, la patente de EE.UU. n° 7.445.696 describe un dispositivo y metodo de monitorizacion de la corriente de una celula electrolftica, el cual detecta no solo los cortocircuitos, sino tambien los circuitos abiertos. El aparato comprende sensores de campo magnetico, por ejemplo sensores de efecto Hall, que miden la intensidad del
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campo magnetico generado alrededor de un conductor que esta adaptado para transportar una corriente electrica hacia, o desde, una celula electrolftica. Los sensores de corriente de campo magnetico de cada catodo se pueden disponer en un dispositivo de carro sobre rail que opera por encima de las celulas al objeto de detectar los cortocircuitos y los contactos abiertos. La deteccion de la corriente de todos los catodos de la celula se puede realizar de forma simultanea. El sensor de campo magnetico se lleva hasta una distancia por encima de cada asa de electrodo con la ayuda de un sensor de proximidad capacitivo.
Se describe mas tecnica anterior en el artfculo “Measurement of Cathodic Currents in Equipotential Inter-Cell Bars for Cooper Electrowinning and Electrorefining Plants”. El artfculo “Industry Applications Conference, 2007. 42nd IAS Annual Meeting. Conference Record of the 2007 IEEE; 23-27 Sept. 2007; Wiechmann, E.P.; Morales, A.S.; Aqueveque, P.E.; Burgos, R.P. pp 2074 - 2079” propone una tecnica de medicion de las corrientes catodicas en unas barras intercelulares de tipo diabolo que utiliza sensores de efecto Hall radiometricos lineales y concentradores de flujo ferromagnetico. El artfculo describe que se pueden medir las corrientes catodicas por medio de la combinacion de sensores de flujo magnetico y concentradores de flujo.
La solicitud internacional de patente WO 2012/020243 describe un metodo y un aparato para su utilizacion en la produccion electrica de metales que dispone de una pluralidad de anodos y catodos en una configuracion intercalada en una celula, estando configuradas unas fuentes de alimentacion para regular una corriente continua en un valor predeterminado. La medicion de corriente de las corrientes continuas se realiza a traves de circuitos convertidores/reguladores situados entre el asa y la barra colectora, o entre el asa y la placa de electrodo, y tambien se puede llevar a cabo por medio de dispositivos de efecto Hall, al objeto de medir la caractenstica corriente-tension entre electrodos adyacentes.
Las soluciones de la tecnica anterior que estan configuradas para la deteccion de condiciones adversas en las celulas se han centrado en la medicion de la corriente que circula hacia, o desde, los catodos o los anodos. La trayectoria que siguen estas corrientes se realiza a traves de un asa u orejeta, a traves de un punto de contacto entre el asa y la barra colectora, y a traves, a continuacion, de una barra colectora. La trayectoria cambia de direccion o de plano al menos dos veces, y despues de haber pasado a traves del punto de contacto, la trayectoria exacta es incierta y variable. Por lo tanto, las corrientes de electrodo unicamente son medibles de manera realista en las asas o en los puntos de contacto.
Sin embargo, la medicion de la corriente en las asas o en el punto de contacto solo no proporciona a los operadores de la sala de tanques una informacion suficiente de la cantidad de corriente que circula realmente por el electrodo en el caso de que haya un mal contacto o un contacto abierto entre el asa de dicho electrodo y la barra colectora electrica debido a que la barra colectora compensadora, que soporta el otro extremo del electrodo en el otro lado de la celula, es capaz de proporcionar multiples trayectorias a la corriente, de manera que es conducida a traves de la barra colectora compensadora desde los otros electrodos adyacentes hasta el electrodo que tiene el mal contacto o el contacto abierto. Bajo condiciones ideales de funcionamiento, las barras compensadoras conectan puntos en el sistema que estan al mismo potencial, y por la barra compensadora no circula ninguna corriente. Cuando las condiciones no son ideales, debido a la variedad de posibles circunstancias adversas, tales como los dichos malos contactos o contactos abiertos, las corrientes circulan en las barras compensadoras, las cuales tienden a restaurar el sistema a una situacion proxima a su condicion de funcionamiento ideal. Las corrientes que circulan en las barras compensadoras son, por lo tanto, una senal de que estan surgiendo problemas en relacion con el proceso. Sin el conocimiento de la corriente real que circula en el electrodo, no es posible detectar o predecir cortocircuitos ni malos contactos o contactos abiertos con gran certeza. Por tanto, al objeto de obtener unas mediciones de corriente precisas para cada electrodo individual, existe todavfa la necesidad de tener una medicion de la corriente que circula en la barra colectora compensadora entre cada punto de contacto.
Objetivo de la invencion
El objetivo de la invencion es eliminar los inconvenientes mencionados con anterioridad.
En particular, es un objetivo de la presente invencion la provision de un metodo y una estructura de medicion de corriente que haga posible obtener una medicion precisa de la corriente en la barra colectora compensadora entre cada punto de contacto.
Ademas, el objetivo de la invencion es proporcionar un metodo y una estructura de medicion de la corriente que entra o sale de los electrodos (catodos y/o anodos) que permitira que los operadores detecten de forma temprana la presencia de cortocircuitos o circuitos abiertos.
Ademas, el objetivo de la invencion es proporcionar un metodo y una estructura que hagan posible que, debido a una medicion de corriente suficientemente precisa, el crecimiento de nodulos o dendritas de metal que da lugar a un cortocircuito se pueda detectar antes de que tenga lugar el cortocircuito, permitiendo que se tome una accion al objeto de evitar la ocurrencia del cortocircuito.
Ademas, el objetivo de la invencion es proporcionar un metodo y una estructura que hagan posible que, debido a una medicion de corriente suficientemente precisa, se puedan identificar los contactos de elevada resistencia (entre
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los contactos de las asas y sus respectivas barras colectoras) y que se pueda tomar una accion correctiva de forma temprana.
Ademas, el objetivo de la invencion es proporcionar un metodo y una estructura que hagan posible que, debido a una medicion de corriente suficientemente precisa, la medicion pueda ser de utilidad para el control del proceso, bien por medio del ajuste en tiempo real de la corriente que circula o bien por medio de mejoras en el funcionamiento de la planta que resulten del analisis de los datos.
Ademas, el objetivo de la invencion es proporcionar un metodo y una estructura que, debido a una medicion de corriente suficientemente precisa, haga posible un analisis del proceso y, si se requiere, un control dinamico del proceso, asf como la deteccion de cortocircuitos incipientes y cortocircuitos existentes y la deteccion de circuitos abiertos.
La tabla 1 que se ilustra a continuacion muestra la precision estimada en la medicion de corriente que se requiere para los diferentes objetivos mencionados con anterioridad. Esta invencion tiene como objetivo la realizacion de mediciones de corriente de la mayor precision, permitiendo de esta forma el analisis del proceso, y si se requiere, el control dinamico del proceso, asf como la deteccion de cortocircuitos incipientes y cortocircuitos existentes y la deteccion de circuitos abiertos.
La tabla 1 que se ilustra a continuacion muestra la precision estimada en la medicion de corriente que se requiere para los diferentes objetivos mencionados con anterioridad. Esta invencion tiene como objetivo la realizacion de mediciones de corriente de la mayor precision, permitiendo de esta forma el analisis del proceso, y si se requiere, el control dinamico del proceso, asf como la deteccion de cortocircuitos incipientes y cortocircuitos existentes y la deteccion de circuitos abiertos incipientes y circuitos abiertos existentes.
Tabla 1
Objetivo
Precision requerida
Analisis y control del proceso
Entre 1% y 5%
Deteccion del deterioro del contacto del asa
10% o superior
Deteccion de cortocircuitos incipientes
25% o superior
Deteccion de cortocircuitos o circuitos abiertos
50% o superior
Compendio de la invencion
Segun un primer aspecto, la presente invencion proporciona un metodo de medicion de la corriente electrica que circula en un electrodo individual en un sistema de electrolisis que comprende una pluralidad de electrodos intercalados, catodos y anodos, dispuestos en una celula electrolftica e inmersos en un electrolito, teniendo dicho sistema de electrolisis una estructura de barra colectora dispuesta sobre una pared de separacion de celula entre cada dos celulas adyacentes, comprendiendo dicha estructura de barra colectora una barra colectora compensadora al objeto de conectar electricamente los anodos de una celula con los catodos de una celula adyacente, proporcionando a la corriente multiples trayectorias electricas entre los electrodos, estando formada dicha conexion electrica por los puntos de contacto entre la barra colectora compensadora y las asas de los electrodos. Segun la invencion, la corriente electrica en la barra colectora compensadora se mide en unos puntos de medicion situados entre cada par de puntos de contacto adyacentes.
Segun un segundo aspecto, la presente invencion proporciona un sistema de electrolisis que comprende una pluralidad de electrodos intercalados, catodos y anodos, dispuestos en una celula electrolftica e inmersos en un electrolito, teniendo dicho sistema de electrolisis una estructura de barra colectora dispuesta sobre una pared de separacion de celula entre cada dos celulas adyacentes, comprendiendo dicha estructura de barra colectora una barra colectora compensadora al objeto de conectar electricamente los anodos de una celula con los catodos de una celula adyacente, proporcionando a la corriente multiples trayectorias electricas entre los electrodos, estando formada dicha conexion electrica por los puntos de contacto entre la barra colectora compensadora y las asas de los electrodos, y el sistema de electrolisis comprende ademas una estructura de medicion de corriente para la medicion de la corriente electrica que circula en un electrodo individual. Segun la invencion, la estructura de medicion de corriente comprende unos medios de medicion de campo magnetico para la medicion del campo magnetico inducido por la corriente electrica en la barra colectora compensadora, estado dispuestos los medios de medicion de campo magnetico en unos puntos de medicion situados entre cada par de puntos de contacto adyacentes.
La ventaja de la invencion es que la invencion proporciona un metodo y una estructura de medicion de la corriente que entra o sale de los electrodos (catodos y anodos) que permitira que los operadores detecten la presencia de cortocircuitos o circuitos abiertos. Ademas, como la estructura de medicion de corriente es de precision suficiente, el
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crecimiento de nodulos o dendritas de metal que da lugar a un cortocircuito se puede detectar antes de que tenga lugar el cortocircuito, y se puede tomar una accion correctiva al objeto de evitar la ocurrencia del cortocircuito. Ademas, si la medicion de corriente es de precision suficiente, se puedan identificar los contactos de elevada resistencia (entre las asas y sus respectivas barras colectoras) antes de que se conviertan en circuitos abiertos y se puede tomar una accion correctiva. Ademas, si se puede realizar la medicion de corriente con una precision aun mayor, la medicion pueda ser de utilidad para el control del proceso, bien por medio del ajuste en tiempo real de la corriente que circula o bien por medio de mejoras en el funcionamiento de la planta que resulten del analisis de los datos. Por medio de la utilizacion de un algoritmo y conocimiento adecuados de la corriente total que circula a traves de la celula, se pueden estimar tambien las corrientes que entran o salen de los catodos y los anodos. La invencion es especialmente aplicable cuando se emplea una estructura de barra colectora de contacto doble.
En una realizacion del metodo, la corriente electrica en la barra colectora compensadora se mide por medio de la medicion del campo magnetico inducido por dicha corriente que circula en la barra colectora compensadora.
En una realizacion del metodo, la corriente electrica en la barra colectora compensadora se mide por medio de la medicion del campo magnetico en el punto medio entre cada par de puntos de contacto adyacentes.
En una realizacion del metodo, el campo magnetico de la corriente electrica se mide con un circuito magnetico que esta dispuesto rodeando la barra colectora compensadora.
En una realizacion del metodo, el circuito magnetico es un sensor de corriente de lazo abierto.
En una realizacion del metodo, el circuito magnetico es un sensor de corriente de lazo cerrado.
En una realizacion del metodo, el circuito magnetico comprende un nucleo de material magnetico conformado como un anillo que rodea la barra colectora compensadora.
En una realizacion del metodo, la corriente electrica en la barra colectora compensadora se mide en el punto de medicion por medio de la medicion del campo magnetico con uno o mas sensores de efecto Hall dispuestos cerca de la barra colectora compensadora.
En una realizacion del metodo, el campo magnetico inducido por la corriente que circula en la barra colectora compensadora se mide con un conjunto de sensores de efecto Hall dispuestos en el plano vertical alrededor de la barra colectora compensadora en el punto de medicion.
En una realizacion del metodo, la corriente electrica en cada electrodo se mide por medio de la medicion del campo magnetico inducido por dicha corriente substancialmente a la altura de los puntos de contacto al objeto de medir la corriente que pasa a traves del punto de contacto.
En una realizacion del metodo, el campo magnetico en el punto de contacto se mide con un sensor de campo magnetico dispuesto cerca del punto de contacto.
En una realizacion del metodo, el campo magnetico en el punto de contacto se mide con un conjunto de sensores de campo magnetico dispuestos en un espacio tridimensional alrededor del punto de contacto, substancialmente en un plano del punto de contacto. El plano puede tener un angulo de 0° hasta 75° con respecto al horizontal.
En una realizacion del metodo, se dispone una unidad de armazon de material aislante no magnetico para soportar los sensores de campo magnetico en una posicion predeterminada con respecto a la barra colectora compensadora en los puntos de medicion y/o para soportar los sensores de campo magnetico en una posicion predeterminada con respecto a los puntos de contacto.
En una realizacion de la estructura, los medios de medicion de campo magnetico estan dispuestos para medir el campo magnetico en el punto medio entre cada par de puntos de contacto adyacentes.
En una realizacion de la estructura, los medios de medicion de campo magnetico comprenden un circuito magnetico que esta dispuesto rodeando la barra colectora compensadora.
En una realizacion de la estructura, el circuito magnetico es un sensor de corriente de lazo abierto.
En una realizacion de la estructura, el circuito magnetico es un sensor de corriente de lazo cerrado.
En una realizacion de la estructura, el circuito magnetico comprende un nucleo de material magnetico conformado como un anillo que rodea la barra colectora compensadora.
En una realizacion de la estructura, los medios de medicion de campo magnetico comprenden uno o mas sensores de efecto Hall dispuestos cerca de la barra colectora compensadora.
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En una realizacion de la estructura, los medios de medicion de campo magnetico comprenden un conjunto de sensores de efecto Hall dispuestos en el plano vertical alrededor de la barra colectora compensadora en el punto de medicion.
En una realizacion de la estructura, la estructura de medicion de corriente comprende ademas unos medios de medicion de campo magnetico dispuestos a la altura de los puntos de contacto al objeto de medir la corriente que pasa a traves del punto de contacto.
En una realizacion de la estructura, los medios de medicion de campo magnetico comprenden un sensor de campo magnetico dispuesto cerca del punto de contacto.
En una realizacion de la estructura, un conjunto de sensores de campo magnetico estan dispuestos alrededor del punto de contacto, substancialmente en el plano del punto de contacto.
En una realizacion de la estructura, el conjunto de sensores de campo magnetico esta dispuesto en un espacio tridimensional alrededor del punto de contacto, substancialmente en el plano del punto de contacto dispuesto segun un angulo en el intervalo de 0° a 75° con respecto al horizontal.
En una realizacion de la estructura, la estructura de medicion de corriente comprende una unidad de armazon de material aislante no magnetico dispuesta para soportar los circuitos de campo magnetico y/o los sensores de campo magnetico en una posicion predeterminada con respecto a la barra colectora compensadora.
En una realizacion de la estructura, la unidad de armazon esta dispuesta para soportar los sensores de campo magnetico en una posicion predeterminada con respecto a los puntos de contacto.
En una realizacion de la estructura, la unidad de armazon comprende una pluralidad de sensores de campo magnetico dispuestos al objeto de medir el campo magnetico de una pluralidad de puntos de medicion a lo largo de la barra colectora compensadora y/o de los puntos de contacto.
En una realizacion de la estructura, la unidad de armazon comprende una pluralidad de sensores de campo magnetico dispuestos al objeto de medir el campo magnetico de una pluralidad de puntos de contacto.
En una realizacion de la estructura, la unidad de armazon comprende uno o mas cortes, estando dispuesto cada uno de dichos cortes al objeto de alojar un extremo de un asa de electrodo.
En una realizacion de la estructura, la unidad de armazon comprende uno o mas cortes para una o mas asas de anodos.
En una realizacion de la estructura, la unidad de armazon comprende uno o mas cortes para una o mas asas de catodos.
En una realizacion de la estructura, cada corte esta dispuesto para alojar un extremo de un asa de electrodo con cierta holgura para permitir la instalacion de la unidad de armazon al hacerla descender hasta su posicion sobre la barra colectora sin tener que retirar los electrodos, y para permitir que se levanten los electrodos sin tener que retirar la unidad.
En una realizacion de la estructura, cada corte queda definido entre dos paredes de la unidad de armazon que son paralelas y opuestas y a una distancia entre sf, y para la medicion de corriente en el punto de contacto se fijan dos sensores de campo magnetico separados entre sf a cada una de las paredes.
En una realizacion de la estructura, la unidad de armazon comprende cortes para un numero de asas de catodos y para un numero de asas de anodos.
En una realizacion de la estructura, la estructura comprende una unidad de armazon que se extiende substancialmente a lo largo de toda la longitud de la celula.
En una realizacion de la estructura, la estructura comprende una pluralidad de unidades de armazon dispuestas formando una hilera o fila sobre la estructura de barra colectora.
En una realizacion de la estructura, la unidad de armazon comprende un microprocesador para realizar un pre- analisis de la pluralidad de senales que se obtienen de los medios de medicion de campo magnetico.
En una realizacion de la estructura, los microprocesadores estan configurados para la conexion e intercambio de informacion a traves de medios digitales, analogicos o inalambricos.
En una realizacion de la estructura, la unidad de armazon comprende unos indicadores visuales que estan configurados para indicar que electrodos tienen un problema asociado con los mismos que requiera la atencion de los operadores de la sala de tanques.
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En una realizacion de la estructura, los indicadores visuales se controlan por medio del microprocesador que esta dispuesto en el interior de la unidad de armazon.
En una realizacion de la estructura, el microprocesador esta configurado para detectar el fallo de un sensor de campo magnetico y para reorganizar su analisis del resto de senal del sensor de campo magnetico al objeto de que la unidad de armazon pueda continuar funcionando.
En una realizacion de la estructura, el microprocesador esta configurado para proporcionar una senal de alarma del fallo de un sensor de campo magnetico.
En una realizacion de la estructura, la estructura comprende una unidad central de proceso configurada para la recepcion de senales procedentes de los microprocesadores de las unidades de armazon.
En una realizacion de la estructura, los microprocesadores estan configurados para la conexion e intercambio de informacion con la unidad central de proceso a traves de medios digitales, analogicos o inalambricos.
En una realizacion de la estructura, la unidad de armazon comprende sensores de temperatura configurados para la medicion de la temperatura de las asas de electrodo.
En una realizacion de la estructura, la unidad de armazon comprende sensores de temperatura configurados para la medicion de la temperatura de la estructura de la barra colectora.
En una realizacion de la estructura, la unidad de armazon se alimenta mediante una unidad o un ordenador externos.
En una realizacion de la estructura, la unidad de armazon comprende un dispositivo de almacenamiento de energfa electrica.
En una realizacion de la estructura, el dispositivo de almacenamiento de energfa electrica se puede recargar por medio del aprovechamiento de la energfa del ambiente.
Breve descripcion de los dibujos
Los dibujos que se acompanan, los cuales se incluyen al objeto de proporcionar una comprension adicional de la invencion, y que constituyen una parte de esta memoria, ilustran realizaciones de la invencion, y junto con la descripcion ayudan a explicar los principios de la invencion. En los dibujos:
La figura 1 es una representacion esquematica del circuito electrico de una sala de tanques.
La figura 2 es una seccion transversal de una celula electrolttica con un electrodo sumergido en el electrolito.
La figura 3 es una ilustracion esquematica de un sensor de efecto Hall.
La figura 4 muestra una vista en planta de un sistema Walker de barra colectora situado entre celulas adyacentes y equipado con una estructura de medicion de corriente segun una realizacion de la invencion.
La figura 5 muestra una vista en planta de una parte de un sistema de electrolisis con estructuras de barras colectoras de contacto doble, que tiene una barra colectora principal y dos barras compensadoras entre celulas adyacentes, ilustrando la figura 5 la corriente que circula en una condicion ideal.
La figura 6 muestra una vista en planta de la figura 5 en una condicion no ideal, en este caso hay un contacto abierto entre un asa de catodo y la barra colectora principal, mostrando las intensidades de corriente desde los catodos adyacentes a traves de la barra compensadora del otro lado de la celula, y mostrando ademas los sensores de corriente para la medicion de las corrientes.
La figura 7 muestra una vista en planta del sistema de barra colectora de contacto doble, en la que la unidad de armazon cubre cuatro catodos y anodos, estando equipada la unidad de armazon con unos medios de medicion de campo magnetico para la medicion del campo magnetico inducido por la corriente electrica en la barra colectora compensadora, y ademas con unos medios de medicion de campo magnetico alrededor de cada punto de contacto para la medicion del campo magnetico inducido por la corriente electrica que pasa a traves de los puntos de contacto.
La figura 8 muestra una seccion transversal de un sistema de barra colectora de contacto doble en el que las asas de catodos y anodos tienen sus puntos de contacto en los conductores de la barra colectora, y con un sensor de campo magnetico de lazo abierto o lazo cerrado dispuesto alrededor de una barra colectora compensadora para la medicion del campo magnetico inducido por la corriente electrica en la barra colectora compensadora.
La figura 9 muestra una seccion transversal IX - IX de la figura 7, que ilustra un sistema de barra colectora de contacto doble en el que las asas de catodos y anodos tienen sus puntos de contacto en los conductores de la barra
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colectora, y con un conjunto de sensores de efecto Hall dispuestos alrededor de una barra colectora compensadora para la medicion del campo magnetico inducido por la corriente electrica en la barra colectora compensadora, y estando equipada ademas la unidad de armazon con sensores de efecto Hall para la deteccion de la corriente que pasa a traves de los puntos de contacto.
La figura 10 muestra una vista axonometrica de una realizacion de las unidades de armazon, las cuales estan disenadas de manera que tengan la capacidad de que se puedan hacer descender sobre un conjunto de extremos de asas de catodo y anodo a la vez que el sistema ER o EW esta en funcionamiento, y de que permitan que la elevacion de los anodos y los catodos se realice sin que se vea obstaculizada, y
La figura 11 es un diagrama de bloques de una realizacion de la estructura de la invencion.
Descripcion detallada de la invencion
Una realizacion de la invencion se refiere a la utilizacion de sensores de efecto Hall para la medicion del campo magnetico inducido por la corriente que circula en la barra colectora compensadora.
La figura 3 muestra un tfpico sensor de efecto Hall 16. Es sensible al flujo magnetico que pasa a traves de el en la direccion del eje x, pero no lo es ni en la direccion del eje y ni en la del z. Se puede utilizar para distinguir entre los flujos generados por corrientes que circulan en diferentes planos.
La figura 4 muestra la estructura de medicion de corriente de una realizacion de la invencion, dispuesta en conexion con el bien conocido sistema Walker de barra colectora (el sistema Walker esta descrito en la patente de EE.UU. n° 687.800). El sistema de electrolisis comprende una pluralidad de catodos 1 y anodos 2 intercalados, dispuestos en una celula electrolttica 3 e inmersos en un electrolito. Se dispone una estructura Walker de barra colectora 4 sobre una pared de separacion 5 de celula, entre cada dos celulas 3 adyacentes. La estructura Walker de barra colectora comprende una barra colectora 8 continua que se extiende a lo largo de toda la longitud de la celula, sobre la parte superior de la pared de separacion 5, entre cada dos celulas 3 adyacentes, al objeto de conectar electricamente todos los anodos de la celula con todos los catodos de la celula adyacente. Como resultado, los catodos 1 de una celula tienen en comun el mismo potencial electrico que los anodos 2 de la siguiente celula. La barra colectora 8 es, por lo tanto, una barra colectora compensadora que proporciona a la corriente multiples trayectorias electricas. La conexion electrica entre los electrodos 1, 2 y la barra colectora 8 esta formada por los puntos de contacto 12 entre la barra colectora 8 y las asas 13 de los electrodos.
En la realizacion de la figura 4, la estructura de medicion de corriente comprende unos medios de medicion de campo magnetico, en este ejemplo sensores de efecto Hall 16, para la medicion del campo magnetico inducido por la corriente electrica en la barra colectora compensadora 8. Los sensores de efecto Hall 16 se disponen en los puntos de medicion 14, estando ubicado cada uno de ellos entre cada par de puntos de contacto 12 adyacentes de las asas 13 de los anodos 2 y los catodos 1. Mas en concreto, se disponen dos sensores de efecto Hall 16 alrededor de cada posicion de interes, la cual esta situada entre los puntos en los que las asas 13 del anodo y del catodo hacen contacto con la barra colectora compensadora. De manera opcional, se puede utilizar en esta posicion un unico sensor de efecto Hall, o bien se puede disponer en cada una de dichas posiciones cualquier numero de sensores Hall. Las senales de los sensores de efecto Hall (o del sensor de efecto Hall) se utilizan para la determinacion de la magnitud de la corriente que circula en la barra colectora compensadora en esa posicion. Ademas, se puede utilizar una medicion de estas corrientes en combinacion con un conocimiento de la corriente total de la celula al objeto de obtener una estimacion de las corrientes de electrodo (anodo y catodo) individuales.
Las figuras 5 a 9 muestran otra forma de acuerdo a la cual se utilizan comunmente las barras colectoras compensadoras. En este caso, la estructura de medicion de corriente de la invencion esta adaptada para que sea utilizada junto con el sistema de barra colectora de contacto doble de nombre comercial Outotec DoubleContact™, (descrito tambien en la patente de EE.UU. n° 6.342.136 B1).
En las figuras 8 y 9 se muestra una seccion transversal de la estructura de barra colectora de contacto doble.
Haciendo referencia a las figuras 5 a 9, el sistema de barra colectora de contacto doble comprende una barra colectora de posicion intercelular 9 principal, dispuesta sobre un aislante inferior 27, al objeto de conducir la corriente desde los anodos 2 a los catodos 1. Ademas, el sistema comprende una primera barra colectora compensadora 10, dispuesta sobre el aislante inferior 27, para los contactos de los anodos y una segunda barra colectora compensadora 11 para los contactos de los catodos, estando dispuesta dicha segunda barra colectora compensadora 11 sobre un segundo aislante 28 que esta sobre la barra colectora de posicion intercelular 4 principal. El sistema de barra colectora de contacto doble ayuda a que la distribucion de corriente en la celula sea uniforme entre todos los electrodos. Este sistema proporciona ademas a la corriente multiples trayectorias al objeto de encontrar el camino de menor resistencia entre el anodo y el catodo al circular la corriente desde la barra colectora hasta el proceso de electrodeposicion.
Haciendo referencia a las figuras 5 y 6, en la estructura de barra colectora de contacto doble 4A del lado izquierdo, situada entre las celulas 3A y 3B, la corriente que entra desde los anodos 2 (los cuales pertenecen, por ejemplo, a la
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celula 3A) se hace circular hasta los catodos 1 (los cuales pertenecen, por ejemplo, a la celula 3B) a traves de la barra colectora de posicion intercelular 9 principal, a la cual se puede hacer referencia tambien como barra colectora compensadora principal. La primera barra colectora compensadora 10 conecta electricamente entre s^ los extremos del lado izquierdo de las asas de los anodos 2 que pertenecen a la celula 3B. La segunda barra colectora compensadora 11 conecta electricamente entre sf los extremos del lado derecho de las asas de los catodos 2 que pertenecen a la celula 3A.
En la estructura de barra colectora de contacto doble 4B del lado derecho (que es identica a la estructura de barra colectora 4A), situada entre las celulas 3B y 3A, la corriente que entra desde los anodos 2 (los cuales pertenecen, por ejemplo, a la celula 3B) se hace circular hasta los catodos 1 (los cuales pertenecen, por ejemplo, a la celula 3C) a traves de la barra colectora de posicion intercelular 9 principal, a la cual se puede hacer referencia tambien como barra colectora compensadora principal. La primera barra colectora compensadora 10 conecta electricamente entre sf los extremos del lado izquierdo de las asas de los anodos 2 que pertenecen a la celula 3C. La segunda barra colectora compensadora 11 conecta electricamente entre sf los extremos del lado derecho de las asas de los catodos 2 que pertenecen a la celula 3B.
En el funcionamiento ideal, tal y como se muestra en la figura 5, todas las asas de los catodos 1 estanan al mismo potencial y no circulana ninguna corriente a lo largo de la segunda barra colectora compensadora 11 de la estructura de barra colectora 4B. La segunda barra colectora compensadora 11 esta en flotacion electrica y, por lo tanto, la suma algebraica de las corrientes que entran a esta barra colectora compensadora 11 debe ser cero. El objeto de la segunda barra colectora compensadora 11 es el de interconectar electricamente las asas que normalmente no se usan de los catodos 1, las cuales, en una situacion ideal, estanan al mismo potencial.
En la figura 6 se muestra una condicion no ideal, en la que hay un contacto abierto entre un catodo 1 que pertenece a la celula 3B y la barra colectora de posicion intercelular 9 principal de la estructura de barra colectora 4A. Debido a la falta de contacto electrico, no circula ninguna corriente desde la barra colectora compensadora 9 principal hasta dicho catodo 1. Por lo tanto, la corriente se redistribuye entre los catodos adyacentes 1 en las corrientes Ib1 e Ib2, las cuales circulan a lo largo de la barra colectora compensadora 11 (vease la estructura de barra colectora 4B) entre los puntos de contacto 12 de los catodos adyacentes de la barra colectora compensadora 11, y entra por dicho catodo 1 que sufre la falta de contacto electrico normal en el asa. Bajo dichas condiciones no ideales, las cuales la presente invencion ayuda a detectar y medir, la corriente circulara a lo largo de la barra colectora compensadora 11 entre las asas del catodo 1 en un sentido o en el otro. El catodo 1 que carece de contacto electrico con la barra colectora compensadora 9 principal en la estructura de barra colectora 4A recibe corriente desde los catodos 1 adyacentes a traves de la segunda barra colectora compensadora 11 que pertenece a la estructura de barra colectora 4B del lado derecho. Al medir las corrientes Ib1 e Ib2 que circulan en la barra colectora compensadora 11 de la estructura de barra colectora 4B en los puntos de medicion 14 situados entre cada par de puntos de contacto 12 adyacentes de los catodos 1, es posible determinar la corriente real Ic, la cual es la suma algebraica de las corrientes medidas Ib1 e Ib2. Este resultado de medicion de corriente hace posible detectar de forma temprana un cortocircuito incipiente asf como el desarrollo de nodulos o dendritas tambien en el caso en el que la corriente no se pueda medir en el punto de contacto debido a un contacto abierto.
Se hace referencia a continuacion a la figura 7, la cual muestra una estructura de barra colectora de contacto doble como la ya descrita con respecto a las figuras 5 y 6. La figura 7 muestra diferentes posiciones de los puntos de medicion 14. La posicion 14A, la posicion 14B y la posicion 14C indican tres ubicaciones (que se repiten a lo largo de la barra compensadora) en las que se puede medir esta intensidad de corriente por medio de la utilizacion de uno o mas sensores de efecto Hall 16 (vease tambien la figura 9) o de un sensor de corriente de lazo abierto o de lazo cerrado 15 (vease tambien la figura 8). Con respecto a la posicion 14B, hay algunas limitaciones de espacio debido a la presencia de un asa del catodo 1 por encima de la posicion, asf como por la corriente que circula en el asa del catodo, la cual podna hacer diffcil la obtencion de una medicion de corriente precisa. Las posiciones 14A y 14C estan mas liberadas de obstrucciones y estan alejadas de corrientes que pudieran interferir con la medicion. Las posiciones 14A y 14C (o las tres posiciones) se podnan utilizar de forma conjunta de manera que, por ejemplo, las posiciones 14A y 14C podnan cooperar al objeto de proporcionar una senal mas intensa que la que cada posicion proporcionana de forma individual, asf como para la obtencion de un mejor rechazo de las senales de corriente no deseadas.
Haciendo referencia de nuevo a la figura 6, se observara que se utiliza una primera barra colectora compensadora 10 para conectar electricamente las asas de los anodos 2. Su finalidad es similar a la de la segunda barra colectora compensadora 11 - es decir, redistribuir la corriente entre los anodos 2 cuando alguna condicion no ideal en la celula 3B pudiera generar de otra forma una desigualdad significativa de corrientes en los anodos de la celula 3B. Por lo tanto, la corriente que circula en la barra compensadora 10 en flotacion indica una situacion no ideal en la celula 3B, que se puede medir y evaluar por medio de la medicion de dichas intensidades de corriente en la barra compensadora 10.
Haciendo referencia de nuevo a las figuras 5 a 7, como ya se ha mencionado, la estructura de medicion de corriente puede comprender ademas unos medios de medicion de campo magnetico 17 dispuestos a la altura de los puntos de contacto 12, substancialmente en el plano horizontal de los puntos de contacto 12, al objeto de medir la corriente
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que pasa a traves del punto de contacto. Los sensores de campo magnetico 17 pueden ser, por ejemplo, uno o mas sensores de efecto Hall o un circuito magnetico de lazo abierto o cerrado con un sensor de efecto Hall. Las figuras 5 a 7 muestran un conjunto de sensores de campo magnetico 17 (en este ejemplo cuatro) dispuestos alrededor de los puntos de contacto 12, substancialmente en el plano horizontal del punto de contacto.
Haciendo referencia nuevamente a la figura 7, en ella se muestran las posiciones posibles 14E (en el punto medio entre los puntos de contacto) y 14D y 14F (ambas separadas con respecto al punto medio) de los puntos de medicion (que se repiten a lo largo de la barra compensadora 11), siendo todas ellas posiciones adecuadas para la medicion de la intensidad de corriente en la barra compensadora 11. Se puede medir la corriente en cada ubicacion por medio de uno o mas sensores de efecto Hall o por medio de un sensor de corriente de lazo abierto o de lazo cerrado. Nuevamente, las posiciones de los puntos de medicion pueden cooperar al objeto de obtener una senal mas fuerte y con menos interferencia de las corrientes de los conductores adyacentes.
Las figuras 7 y 9 muestran una unidad de armazon 18 de material aislante no magnetico. La unidad de armazon 18 soporta los medios de medicion de campo magnetico en una posicion predeterminada con respecto a la barra colectora compensadora 11, estando compuestos los medios de medicion de campo magnetico por un conjunto de sensores de efecto Hall 16, mostrados en la figura 9, al objeto de rodear la barra colectora compensadora en un plano vertical y que estan situados en el punto medio entre puntos de contacto 12 adyacentes. La unidad de armazon 18 soporta tambien los sensores de campo magnetico 17 en una posicion predeterminada con respecto a los puntos de contacto 12. La unidad de armazon 18 comprende una pluralidad de sensores de campo magnetico 16 dispuestos al objeto de medir el campo magnetico de una pluralidad de puntos de medicion 14 a lo largo de la barra colectora compensadora 11. La unidad de armazon 18 comprende ademas una pluralidad de sensores de campo magnetico 17 dispuestos al objeto de medir el campo magnetico de una pluralidad de puntos de contacto 12. La unidad de armazon 18 comprende una pluralidad de cortes 19, estando dispuesto cada uno de ellos al objeto de alojar un extremo de un asa 13 de electrodo con cierta holgura para permitir la instalacion de la(s) unidad(es) de armazon al hacerla(s) descender hasta su posicion sobre la barra colectora sin tener que retirar los electrodos, y para permitir que se levanten los electrodos sin tener que retirar la(s) unidad(es) de armazon. En esta realizacion, la unidad de armazon 18 comprende cortes 19 para cuatro extremos de asas 13 de catodos 1 y para cuatro extremos de asas 13 de anodos 2. Cada corte 19 queda definido entre dos paredes 20 que son paralelas y opuestas y a una distancia entre sf. Se fijan un par de sensores de campo magnetico 17 a cada una de las paredes 20, por ejemplo, sensores de efecto Hall, los cuales estan separados entre sf.
Se puede disponer una pluralidad de unidades de armazon 18 formando una hilera o fila sobre la estructura de barra colectora, tal y como se muestra en la figura 10. Tambien es posible conformar la unidad de armazon 18 de manera que se extienda substancialmente a lo largo de toda la longitud de la celula 3.
En la realizacion de las figuras 5 a 7, se monitoriza la corriente que pasa a traves de los puntos de contacto 12 de ambos catodos 1 y anodos 2, si bien es una cuestion de eleccion si se monitorizan los catodos, los anodos o ambos. Cuantos mas puntos de contacto 12 se monitoricen, mayor sera la capacidad del sistema para eliminar la falta de precision en cualquier medicion de corriente debida a la presencia de corrientes en los conductores adyacentes.
La unidad de armazon 18, como se muestra en las figuras 7, 9 y 10, permite que los anodos 2 y los catodos 1 se hagan ascender con respecto a la celula 3 sin impedimento. Un diseno adecuado de la unidad de armazon 18 hace posible ademas que se haga descender la unidad de armazon hasta su posicion sobre un sistema ER o EW de trabajo sin interferir en la produccion. Claramente, esta es una ventaja en el caso de que se actualice el diseno del sistema de medicion de corriente en una planta ER o EW existente. La unidad de armazon 18 se puede construir con un peso tal que ello haga que permanezca quieta sobre la barra colectora y no se eleve durante la produccion, incluso cuando las asas entren en contacto con rozamiento con la unidad de armazon. Ademas, o de forma alternativa, las unidades de armazon 18 pueden estar equipadas con acoplamientos de desenganche rapido para su fijacion a la pared de la celula o a la barra colectora.
La figura 8 muestra una realizacion en la que los medios de medicion de campo magnetico para la medicion de la corriente que circula en la barra colectora compensadora 11 son un circuito magnetico 15 que comprende un nucleo de material magnetico conformado como un anillo que rodea la barra colectora compensadora 11.
La figura 9 muestra una realizacion en la que los medios de medicion de campo magnetico para la medicion de la corriente que circula en la barra colectora compensadora 11 son un conjunto de sensores de efecto Hall, que se muestran agrupados alrededor de la barra compensadora 11 a modo de ejemplo. Los sensores estan orientados de tal manera que se maximiza su exposicion al flujo magnetico 29 deseado (el cual resulta de la corriente de la barra compensadora 11). Tanto el sensor 161 como el 163 se podnan utilizar solos o en conjunto y cooperando entre sf.
Cuando se utilizan cooperando entre sf, la suma de la senal de estos dos sensores reduce la sensibilidad a sus desplazamientos accidentales con respecto a sus posiciones ideales alrededor de la barra compensadora 11. Esta es una caractenstica de utilidad cuando los sensores no estan fijados firmemente a la estructura de soporte de la barra compensadora, sino que se soportan sobre una unidad de armazon 18 que es independiente de la estructura de la barra colectora y que se puede colocar en la parte superior de la estructura de la barra colectora
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compensadora tras el montaje de la estructura de la barra colectora compensadora o cuando las unidades de armazon se colocan en una planta existente en un ejercicio de actualizacion.
El sensor 162 puede tener un mejor rechazo al flujo generado por las corrientes que circulan ortogonalmente con respecto a la corriente de la barra compensadora 11. El sensor 162 se podna utilizar solo o en cooperacion con los sensores 161 y 163.
La figura 10 muestra una hilera o fila de unidades de armazon 18 iguales, tal y como se ha descrito con respecto a la figura 7, situadas sobre la barra colectora intercelular. En la figura 10, unicamente se muestran las asas 13 de los catodos 1 situados sobre la barra colectora, y no se muestran las asas de los anodos. Las unidades de armazon 18 estan disenadas de tal manera que se pueden hacer descender a su posicion sin interferir en la produccion. Ademas, estan disenadas de tal forma que la elevacion de los catodos y los anodos se realiza sin que se vea obstaculizada por la presencia de las unidades de armazon 18. La unidad de armazon 18 puede comprender unos indicadores visuales 22, los cuales estan configurados para indicar que electrodos tienen un problema asociado con los mismos que requiera atencion. Cuando la unidad de armazon 18 esta dotada de los indicadores visuales 22 (por ejemplo, unos LEDs sobre su superficie superior), se comprendera que estos indicadores visuales 22 pueden proporcionar informacion de otras formas adicionales, ademas de estar simplemente encendidos o apagados. Por ejemplo, pueden emitir destellos, a diferentes velocidades, o cambiar de color o emplear un conjunto de LEDs de diferentes colores. Ademas, un indicador visual 22 puede ser un emisor de luz infrarroja, de manera que se puede transmitir informacion a un instrumento manual de operador o a un receptor fijo de infrarrojos. Los indicadores visuales 22 pueden ser LEDs situados en la parte superior de cada unidad de armazon 11 y se pueden utilizar como un indicador visual de la posicion de los anodos o los catodos que esten en dificultades y que requieran atencion de un operador. Los datos transmitidos a la sala de control pueden mostrar tambien a un operador que anodos o catodos requieren ser revisados.
Haciendo referencia ademas a la figura 11, la unidad de armazon 18 puede comprender tambien un microprocesador 21 para realizar un pre-analisis de la pluralidad de senales que se obtienen de los sensores de campo magnetico 16, 17, de manera que unicamente las senales obtenidas de medicion de corriente requieren ser transmitidas a una estacion central de proceso 23. En alguna otra realizacion, el microprocesador no tiene que estar necesariamente fijado ffsicamente a la unidad de armazon. El microprocesador tambien puede ser externo y estar en el exterior de la unidad de armazon. El microprocesador 21 puede estar programado ademas para contener una ID individual e informacion de ubicacion. Los indicadores visuales 22 se controlan por medio del microprocesador 21. El microprocesador 21 situado en el interior de cada unidad de armazon 18 tiene la capacidad de detectar el fallo de un sensor de efecto Hall 16, 17 y de reorganizar su analisis del resto de senal del sensor Hall al objeto de que la unidad de armazon 18 pueda continuar funcionando, aunque de forma ligeramente deteriorada, y a la vez, cuando sea posible, tiene la capacidad de proporcionar una senal de alarma a la sala de control central del fallo y el deterioro, de manera que la unidad de armazon pueda ser sustituida durante un periodo de mantenimiento planificado. La estructura comprende una unidad central de proceso 23 configurada para la recepcion de senales procedentes de los microprocesadores 21 de las unidades de armazon 18.
Se puede configurar un algoritmo, opcionalmente dentro del programa de operacion del microprocesador contenido en el interior de la unidad de armazon, al objeto de crear un registro de la corriente de cada anodo y/o catodo con respecto al tiempo, y unos analisis de dicho registro al objeto de buscar el perfil de un cortocircuito en el proceso en desarrollo.
La unidad de armazon 18 puede comprender ademas sensores de temperatura 24, 25 configurados para la medicion de la temperatura de las asas 13 de electrodo, de la estructura de la barra colectora 4 o de la unidad de armazon 18. Los sensores de temperatura 24, 25 pueden estar conectados al microprocesador 21 de la unidad de armazon 18 y, por lo tanto, tambien pueden estar en comunicacion con el equipo central de proceso 23. Los sensores de temperatura 24 estan ubicados, de manera preferente, en la proximidad de las asas 13 de electrodo. Las asas 13 son la fuente de calentamiento mas probable de la unidad de armazon 18. Este calentamiento podna danar los sensores de efecto Hall 16, 17. Por lo tanto, una alarma temprana de elevacion de temperatura permitira que un operador adopte una accion correctiva y evite que se danen los sensores Hall y otros componentes electronicos situados en el interior de la unidad de armazon. Ademas, unas asas calientes son una senal de cortocircuito entre los electrodos. Unas asas fnas podnan ser una senal de circuito abierto. Por tanto, los sensores de temperatura son otra fuente de informacion acerca de la condicion de la celula electrolftica. Los sensores de efecto Hall y los sensores de temperatura pueden cooperar, por lo tanto, al objeto de proporcionar a los operadores de planta una alarma sobre problemas reales o dificultades. De manera opcional, se pueden analizar las senales de los sensores de efecto Hall y de los sensores de temperatura por medio del microprocesador de la unidad de armazon al objeto de proporcionar una alarma sencilla acerca de un problema en esa ubicacion a la sala de control o a traves de los soportes de indicadores visuales dispuestos en la unidad de armazon. La unidad de armazon puede funcionar aun en el caso de que ningun sensor de corriente este en operacion, de manera que en ese caso depende por completo de la deteccion de temperatura. Algunas caractensticas de los sensores de efecto Hall dependen de la temperatura. Las lecturas de temperatura enviadas al microprocesador se pueden utilizar, por tanto, para corregir con respecto a la temperatura las senales que llegan de los sensores de efecto Hall. Se pueden utilizar como sensores de temperatura termistores, termopares, sensores digitales o sensores de infrarrojos.
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Ademas, la unidad de armazon 18 puede comprender un dispositivo de almacenamiento de energfa electrica 26, el cual se puede recargar por medio del aprovechamiento de la energfa del ambiente o de forma externa a traves de una fuente de alimentacion estandar. Un tipico sensor de efecto Hall absorbera aproximadamente 10 mA en funcionamiento. Si una unidad de armazon debe incluir cuatro catodos y cuatro anodos, cada uno rodeado por cuatro sensores de efecto Hall, el numero total de sensores de efecto Hall empleados sera de 32. La corriente total absorbida por los sensores de efecto Hall, si todos se hacen funcionar de forma continua, sera de 320 mA. Esto puede ser inadecuadamente grande. Cada sensor de efecto Hall o cada conjunto de sensores de efecto Hall puede estar conectado, por lo tanto, a su fuente de alimentacion por medio de un conmutador electronico (por ejemplo, un MOSFET), el cual esta bajo el control del microprocesador de la unidad de armazon. Por consiguiente, unicamente se activan por medio del microprocesador aquellos sensores Hall de los que se requiera una lectura en cualquier instante.
Debido a que la electrolisis vana con el tiempo unicamente de forma lenta, las lecturas de corriente (y cualesquiera otras mediciones) solo necesitan ser tomadas con grandes intervalos de tiempo. Ademas, se pueden obtener las lecturas de los sensores Hall en fracciones de segundo. Se puede configurar el microprocesador para que pase la mayor parte del tiempo en modo de espera, utilizando unicamente una minuscula cantidad de potencia, con todos los otros componentes electronicos de la unidad de armazon apagados. Por tanto, el consumo de potencia medio de los componentes electronicos contenidos en el interior de la unidad de armazon puede ser muy bajo. La unidad de armazon puede pasar casi todo el tiempo en hibernacion, utilizando unicamente unos pocos pW de potencia. Si hay una unidad de almacenamiento de energfa en el interior de las unidades de armazon (por ejemplo, un condensador de tamano adecuado o una batena recargable), esta se puede cargar en un modo de carga ligero a partir de una fuente de baja potencia o a traves de una fuente de alimentacion estandar. Puede ser posible obtener esta carga ligera por medio del aprovechamiento de energfa. Hay una serie de formas para la obtencion de esto (por ejemplo, ondulacion de corriente, fuente fotovoltaica, termopila o un generador de Peltier que utilice el calor del tanque de electrolisis). Ademas, esta energfa almacenada se puede utilizar tambien para la transmision inalambrica de los datos obtenidos si se desea, por medio de la activacion de un radiotransmisor durante muy poco tiempo (normalmente, una fraccion de segundo).
Una realizacion adicional puede ser tambien la de la base de la unidad de armazon, unos contactos elasticos que hacen presion contra los elementos conductores de la barra colectora. La finalidad de estos contactos es doble: permiten que se obtenga energfa para los componentes electronicos de la unidad de armazon a partir de los elementos de la barra colectora, y permiten que las mediciones de tension se hagan sobre los elementos de la barra colectora. Se pueden disponer mas elementos de los estrictamente necesarios para el funcionamiento, de manera que haya cierta redundancia, la cual es de utilidad si la contaminacion evita que algun contacto elastico haga una buena conexion con el elemento de la barra colectora. El microprocesador puede monitorizar el estado de cada contacto elastico e informar al operador acerca de si se requiere realizar un mantenimiento de la unidad de armazon.
Las unidades de armazon 18 pueden estar conectadas electricamente en cadena, con cables de potencia y de senal conectados de unidad a unidad utilizando clavijas y tomas de corriente. En lugar de utilizar un sistema de conexion en cadena de clavijas y tomas de corriente para la conexion de unidades de armazon, es posible tambien pasar cable, tal como un cable de par trenzado, a lo largo del lado de cada tanque y suministrar energfa a cada unidad de armazon de una forma sin contacto, a la vez que se introducen y extraen datos nuevamente de ese cableado de una forma sin contacto. Tambien es posible configurar un acoplamiento inductivo entre las unidades de armazon. La primera unidad de armazon se puede alimentar por medio de cableado de conexion y la energfa puede pasar a continuacion de forma inalambrica a traves de los acoplamientos inductivos de una conexion en cadena de las unidades de armazon.
En el interior de las unidades de armazon 18 estan centradas unas fuentes de alimentacion que proporcionan una adecuada y precisa salida de tension al objeto de permitir la utilizacion de sensores de efecto Hall radiometricos dentro de la unidad de armazon. El microprocesador 21 del interior de la unidad puede estar programado con una rutina de arranque que hace posible la compensacion de las tensiones de equilibrio de los sensores de efecto Hall. Para llevar a cabo esto, el microprocesador 21 se puede encender antes de que la unidad 18 se acople a la planta ER o EW.
Durante el montaje, se puede llevar a cabo la calibracion de los sensores de efecto Hall 16, 17 para la mejora de la precision. Esto requerira la utilizacion de un aparato de calibracion capaz de generar un conjunto conocido de corrientes en una barra colectora y estructura de asa de prueba. El microprocesador puede adquirir y recordar de esta forma un factor de calibracion para cada sensor de efecto Hall.
Normalmente se utilizara un aparato de calibracion para probar y calibrar los sensores Hall utilizados en la unidad de armazon. Esta unidad de calibracion tendra tfpicamente un conjunto de asas dispuestas sobre unas barras colectoras segun una forma que imita la estructura que se halla en la celula electrolttica. Se aplican las fuentes de corriente a este aparato, las cuales son capaces de aplicar un patron de corrientes a traves de los diferentes conductores durante la calibracion segun una forma continua, a pulsos o cambiante. De acuerdo con este patron de corrientes (que esta predeterminado o se transmite al microprocesador de la unidad de armazon), el
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microprocesador toma las mediciones de las lecturas del sensor de efecto Hall en los instantes de tiempo apropiados. Estas lecturas se utilizan para calibrar las lecturas actuales generadas por el microprocesador.
Un tfpico procedimiento de calibracion podna ser de la siguiente forma. Se supone que todos los conductores (o puntos de contacto) estan rodeados por un conjunto de cuatro sensores de efecto Hall, tal y como se ha descrito con anterioridad. Un primer test sena la aplicacion de una corriente a un conductor o punto de contacto unicamente. Se tomanan las lecturas de los cuatros sensores de efecto Hall que rodean a este conductor o punto de contacto. A partir de estas cuatro lecturas, se obtendna una medida de la corriente en el conductor o punto de contacto. De forma adicional y simultaneamente, se obtendnan las lecturas de todos los otros sensores de efecto Hall de la unidad de armazon. Este proceso se repite a continuacion para todos los conductores o puntos de contacto con los que se relaciona la unidad de armazon y para las corrientes de las que es responsable de informar. Por lo tanto, cuando se esta midiendo la corriente en un conductor o punto de contacto concreto, el microprocesador puede corregir las lecturas del conjunto de sensores de efecto Hall que rodean a ese conjunto por los efectos de cualesquiera corrientes que pueden estar circulando en cualquiera de los otros conductores o puntos de contacto. Por consiguiente, la calibracion y el proceso de aprendizaje que experimenta el microprocesador durante la calibracion, tiene un papel esencial en la obtencion de unas mediciones de corriente de elevada precision, y esta metodologfa y su algoritmo asociado es un aspecto adicional de la invencion.
Para cada unidad de armazon 18, la informacion de las corrientes se puede transmitir a traves del enlace de datos a una sala de control o pantalla de monitorizacion para permitir que las mediciones de corriente sean observadas, se guarden y se analicen. En enlace de datos de corriente de cada tanque se puede conectar a una unidad de armazon ya utilizada para el envfo de la informacion de las corrientes a una sala de control, de manera que los enlaces de datos establecidos se pueden utilizar para la transmision de datos desde las unidades de armazon.
En resumen, la presente invencion proporciona diferentes ventajas. Se obtiene una elevada precision de la medicion a partir de la medicion de la corriente en cada electrodo en una ubicacion en la que esta concentrada en un punto, es decir, en el punto de contacto. La utilizacion de una pluralidad de sensores de campo magnetico para la medicion de cada corriente permite obtener una buena intensidad de senal, a la vez que se proporciona una buena inmunidad frente a la intrusion de senales indeseadas. La inclusion de un microprocesador en las unidades de armazon, y su capacidad para recordar la ubicacion con una ID y los factores de calibracion de cada sensor de efecto Hall, hace posible que se utilicen sensores Hall basicos de bajo coste, a la vez que se obtiene una unidad con una buena precision. La presencia de un microprocesador en la unidad de armazon hace posible el analisis de las senales de los sensores de efecto Hall situados en el interior de la unidad de armazon, lo que posibilita que se situe en la unidad de armazon una senalizacion visual para los operadores. Un diseno adecuado de las unidades de armazon hace posible que las unidades sean instaladas a la vez que la planta ER o EW esta en funcionamiento. Las unidades de armazon permiten que el funcionamiento, incluyendo la elevacion o descenso de los electrodos, se lleve a cabo sin que se vea obstaculizado.
A pesar de que se han descrito sensores de efecto Hall y sensores de temperatura, la unidad de armazon puede contener ademas otros sensores o equipos de medida adicionalmente a los descritos en la presente memoria, y sus posibilidades de medicion no se limitan unicamente a corriente y temperatura.
A pesar de que las presentes invenciones se han descrito en combinacion con una serie de realizaciones a modo de ejemplo, e implementaciones, las presentes invenciones no quedan limitadas de esta forma, sino que cubren diferentes modificaciones y configuraciones equivalentes, las cuales caen dentro del alcance de las reivindicaciones siguientes.

Claims (17)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo de medicion de la corriente electrica que circula en un electrodo individual en un sistema de electrolisis que comprende una pluralidad de electrodos intercalados (1,2), catodos (1) y anodos (2), dispuestos en una celula electrolftica (3) e inmersos en un electrolito, teniendo dicho sistema de electrolisis una estructura de barra colectora (4) dispuesta sobre una pared de separacion (5) de celula entre cada dos celulas adyacentes, comprendiendo dicha estructura de barra colectora una barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11) al objeto de conectar electricamente los anodos de una celula con los catodos de una celula adyacente, proporcionando a la corriente multiples trayectorias electricas entre los electrodos, estando formada dicha conexion electrica por los puntos de contacto (12) entre la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11) y las asas (13) de los electrodos, caracterizado por que la corriente electrica en la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11) se mide en unos puntos de medicion (14) situados entre cada par de puntos de contacto (12) adyacentes.
  2. 2. El metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la corriente electrica en la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11) se mide por medio de la medicion del campo magnetico inducido por dicha corriente que circula en la barra colectora compensadora.
  3. 3. El metodo segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que la corriente electrica en la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11) se mide por medio de la medicion del campo magnetico en el punto medio entre cada par de puntos de contacto (12) adyacentes.
  4. 4. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el campo magnetico de la corriente electrica se mide con un circuito magnetico (15) que esta dispuesto rodeando la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11).
  5. 5. El metodo segun la reivindicacion 4, caracterizado por que el circuito magnetico (15) es un sensor de corriente de lazo abierto.
  6. 6. El metodo segun la reivindicacion 4, caracterizado por que el circuito magnetico (15) es un sensor de corriente de lazo cerrado.
  7. 7. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado por que el circuito magnetico (15) comprende un nucleo de material magnetico conformado como un anillo que rodea la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11).
  8. 8. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la corriente electrica en la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11) se mide en el punto de medicion (14) por medio de la medicion del campo magnetico con uno o mas sensores de efecto Hall (16) dispuestos cerca de la barra colectora compensadora.
  9. 9. El metodo segun la reivindicacion 8, caracterizado por que el campo magnetico inducido por la corriente que circula en la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11) se mide con un conjunto de sensores de efecto Hall (16) dispuestos en el plano vertical alrededor de la barra colectora compensadora en el punto de medicion.
  10. 10. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que la corriente electrica en cada electrodo se mide por medio de la medicion del campo magnetico inducido por dicha corriente substancialmente a la altura de los puntos de contacto (12) al objeto de medir la corriente que pasa a traves del punto de contacto (12).
  11. 11. El metodo segun la reivindicacion 10, caracterizado por que el campo magnetico en el punto de contacto (12) se mide con un sensor de campo magnetico (17) dispuesto cerca del punto de contacto (12).
  12. 12. El metodo segun la reivindicacion 10 u 11, caracterizado por que el campo magnetico en el punto de contacto (12) se mide con un conjunto de sensores de campo magnetico (17) dispuestos alrededor del punto de contacto (12).
  13. 13. El metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que se dispone una unidad de armazon (18) de material aislante no magnetico para soportar los sensores de campo magnetico (16) en una posicion predeterminada con respecto a la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11) en los puntos de medicion (14) y/o para soportar los sensores de campo magnetico (17) en una posicion predeterminada con respecto a los puntos de contacto (12).
  14. 14. Un sistema de electrolisis que comprende una pluralidad de electrodos intercalados (1, 2), catodos (1) y anodos (2), dispuestos en una celula electrolftica (3) e inmersos en un electrolito, teniendo dicho sistema de electrolisis una estructura de barra colectora (4) dispuesta sobre una pared de separacion (5) de celula entre cada dos celulas adyacentes, comprendiendo dicha estructura de barra colectora una barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11) al objeto de conectar electricamente los anodos de una celula con los catodos de una celula adyacente, proporcionando a la corriente multiples trayectorias electricas entre los electrodos, estando formada dicha conexion electrica por los puntos de contacto (12) entre la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11) y las asas (13) de
    los electrodos, y el sistema de electrolisis comprende una estructura de medicion de corriente para la medicion de la corriente electrica que circula en un electrodo individual, caracterizado por que la estructura de medicion de corriente comprende unos medios de medicion de campo magnetico (15, 16) para la medicion del campo magnetico inducido por la corriente electrica en la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11), estado dispuestos los medios de 5 medicion de campo magnetico en unos puntos de medicion (14) situados entre cada par de puntos de contacto (12) adyacentes.
  15. 15. El sistema segun la reivindicacion 14, caracterizado por que los medios de medicion de campo magnetico estan dispuestos para medir el campo magnetico en el punto medio entre cada par de puntos de contacto (12) adyacentes.
    10 16. El sistema segun la reivindicacion 14 o 15, caracterizado por que los medios de medicion de campo
    magnetico comprenden un circuito magnetico (15) que esta dispuesto rodeando la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11).
  16. 17. El sistema segun la reivindicacion 16, caracterizado por que el circuito magnetico (15) es un sensor de corriente de lazo abierto.
    15 18. El sistema segun la reivindicacion 16, caracterizado por que el circuito magnetico (15) es un sensor de
    corriente de lazo cerrado.
  17. 19. El sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado por que el circuito magnetico (15) comprende un nucleo de material magnetico conformado como un anillo que rodea la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11).
    20 20. El sistema segun la reivindicacion 14 o 15, caracterizado por que los medios de medicion de campo
    magnetico comprenden uno o mas sensores de efecto Hall (16) dispuestos cerca de la barra colectora compensadora (6, 7, 8, 9, 10, 11).
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