PT99890A - Comutador electrico movel e respectivo metodo de utilizacao - Google Patents
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Description
Estado da Técnica
Os electrolisadores tais como os do tipo de electroli-sadores de membrana das prensas de filtragem sob pressão para derivados alcalinos do cloro, para a electrólise do cloreto de sódio são susceptíveis de serem danificados guando se desliga um electrolisador de uma serie de electrolisadores de um circuito. Um tipo de danificação afecta a camada electroliticamente activa da superfície do cátodo do electrolisador a que se pretende aplicar o circuito de derivação o qual é provocado pela corrente de retorno; ocorrerão também danos se um excesso de corrente passar através das células individuais adjacentes ao electrolisador a que se aplica o circuito de derivação como consequência da variação da corrente nessas células mais próximas daquela onde se efectua a ligação do comutador do circuito de derivação. Têm sido propostas um certo numero de soluções para este problema tais como as das patentes U.S. Ns 4.561.949 e NS 4.589.966, ambas as quais descrevem dispositivos de curto circuito que permitem que parte ou a totalidade da corrente eléctrica passe para um circuito de derivação circundante do electrolisador. Ambas as patentes proporcionara um método para desviar a corrente em torno do electrolisador que se pretende desligar sem criar uma corrente de retorno no electrolisador a que se aplica o circuito de derivação. Contudo, nenhuma delas proporciona os meios para uniformizar a corrente que passa da multiplicidade de células adjacentes que precedem o electrolisador a que se aplica o circuito de derivação para a multiplicidade de células que sucedem ao referido electrolisador. o
Obiectivos do Invento É um objectivo do presente invento proporcionar um aparelho para pôr fora de serviço um electrolisador de uma multiplicidade de electrolisadores ligados em série a uma fonte de energia eléctrica, em especial os electrolisadores electrolí-ticos monopolares para a electrólise de soluções aquosas, aparelhos estes que são capazes de obstar à variação de corrente que passa através das células individuais adjacentes ao electrolisador a que se aplica o circuito de derivação e de impedir danos no electrolisador evitando a corrente de retorno. É um outro objectivo do presente invento proporcionar um método melhorado para aplicar um circuito de derivação a um electrolisador de entre um multiplicidade de electrolisadores utilizando o dispositivo de comutador móvel do invento.
Estes e outros objectivos e vantagens do invento tornar-se-ão óbvios a partir da descrição pormenorizada que se apresenta a seguir. 0 Invento
Os novos dispositivos de comutador eléctrico móvel do invento para serem aplicados num circuito de derivação eléctrica, para pelo menos um electrolisador constituído por células elec-trolíticas individuais, desligando-o de uma multiplicidade de electrolisadores monopolares ligados em série a uma fonte de energia eléctrica caracterizado por os referidos dispositivos de comutação móvel compreenderem uma multiplicidade de braços de extensão apropriados para fazerem a ligação ao ponto de contacto anódico. de cada célula individual do electrolisador que precede o electrolisador a que se aplica o circuito'dd' ,aplicação e uma multiplicidade de braços de extensão apropriados para fazer a ligação ao ponto de contacto catódico de cada célula individual do electrolisador que está imediatamente a seguir àquele a que se aplica o circuito de derivação, compreendendo o referido dispositivo de comutação móvel resistências que proporcionam uma redução uniforme da corrente nas células individuais do electrolisador a que se aplica o circuito de derivação sem variação na corrente eléctrica nas células adjacentes dos electrolisadores que imediatamente antecedem e sucedem ao electrolisador a que se aplica o circuito de derivação.
Fazendo referência aos desenhos:
As Figuras 1 e 2 ilustram um comutador de curto circuito convencional característico da técnica anterior e a forma como a corrente o atravessa.
As Figuras 3, 4 e 5 ilustram esquematicamente um modelo de realização do invento constituído por um comutador móvel instalado suspenso por cima, com vistas em planta, em alçado de topo (secção X-X) e em alçado frontal respectivamente. A Figura 6 é uma vista pictórica do modelo de realiza- ·. ção das Figuras 4 e 5. A Figura 7 é uma vista pictórica de um segundo modelo de realização do invento para um dispositivo de comutação móvel localizado por debaixo dos electrolisadores.
As Figuras 8, 9 e 10 ilustram esquematicamente três das várias alternativas para o circuito eléctrico interno do comutador móvel do invento concebido para obviar à variação da corrente ; ->C - eléctrica nas células adjacentes dos electrolisadores que imediatamente antecedem e sucedem ao electrolisador a que se aplica o circuito de derivação.
Nas Figuras 1 e 2 o comutador convencional de curto circuito é entendido fazer passar a corrente por um circuito de derivação em relação ao electrolisador (2), fazendo a ligação do comutador de curto circuito às barras colectoras (6 e 7). Este dispositivo não impede que haja variações no escoamento da corrente eléctrica (i) para os pontos de contacto do aparelho nas barras colectoras (6 e 7). A Figura 2 ilustra o escoamento da corrente nos electrolisadores (1 e 3), imediatamente antes e depois do electrolisador (2), uma vez que o comutador tenha sido fechado. As linhas de corrente (i) representadas a traço interrompido indicam o aumento do escoamento da corrente dos electrolisadores (1 e 3) próximo dos pontos de contacto do comutador, como uma consequência do encurtamento do percurso da corrente através das barras colectoras (6 e 7).
As Figuras 3, 4 e 5 descrevem esquematicamente as vistas em planta, em alçado de topo (secção X-X) e em alçado frontal de uma série de electrolisadores monopolares (1, 2 e 3), contendo cada um deles posicionados em posição adjacente uma multiplicidade de células electrolíticas (4 e 5 ), e sobre elas o comutador móvel (8) concebido para fazer aplicar um circuito de derivação em relação ao electrolisador (2). O comutador móvel (8) o é suportado pelos dispositivos de suporte (9 e 10), fixados aos electrolisadores (1 e 3) e liga-se nos pontos de contacto anódico (11) de cada célula monopolar (4) do electrolisador (1) imediatamente precedente por meio de uma multiplicidade de braços de extensão (12). O comutador móvel (8) também está ligado aos pontos de contacto catódico (14) de cada célula monopolar (5) do electrolisador (3) que se segue imediatamente por meio dos braços de extensão (13) . A fim de se obter uma ligaçãçrfçom. -pouca resistência entre cada par de braços de extensão com os pontos de contacto anódicos ou catódicos os referidos braços de extensão, os quais podem ser, quer rígidos, quer flexíveis, poderão estar providos nas suas extremidades inferiores de pinças com molas de pressão. Estas últimas são obrigadas a apertar os pontos de contacto anódico ou catódico em forma de barra por efeito do próprio peso do comutador móvel (8). 0 comutador móvel (8) está também ligado a uma ponte rolante que permite posicionar o comutador móvel precisamente por cima do electrolisador a que se pretende aplicar o circuito de derivação de entre uma série de vários electrolisadores de uma instalação de células ou de uma instalação de electrólise industrial. A Figura 6 é uma vista pictórica do modelo de realização esquematizado nas figuras 3, 4 e 5. A Figura 7 é analogamente uma figura pictórica de um segundo modelo de realização do invento caracterizado pelo facto do comutador móvel (8) estar posicionado por baixo do electrolisador e por ser suportado por um carrinho que se desloca sobre carris localizados imediatamente por baixo da cada fiada de electrolisadores.
Os restantes componentes não se modificam assim como as referências numéricas relevantes. A corrente eléctrica é dirigida das células monopolares (4) do electrolisador (l) imediatamente precedente, através dos pontos de contacto (11) e da multiplicidade dos braços extensíveis (12) para o comutador móvel (8). A corrente eléctrica passa então através das resistências do comutador móvel (8) a fim de controlar o escoamento da corrente eléctrica para a multiplicidade de braços extensíveis (13) ..'os pontos de contacto (14) da célula monopolar (5) do electrolisador (3) imediatamente a seguir. A corrente afasta-se progressivamente da célula monopolar (4) em iguais proporções e alimenta em iguais proporções a célula monopolar (5): desta forma os problemas associados com a variação de corrente previamente discutidos são completamente ultrapassados.
As Figuras 8,9 e 10 mostram três arranjos possíveis para os circuitos internos do comutador de móvel (8) do invento.
Mais em particular, a Figura 8 mostra que os braços extensíveis (12 e 13) podem ser ligados âs barras colectoras (15 e 16) sendo a sua secção transversal bastante maior do que a das barras colectoras que ligam os electrolisadores ( referências 6 e 7 nas figuras anteriores ). Este generoso dimensionamento da área da secção transversal obsta a qualquer variação de corrente com significado pratico nas células adjacentes individuais dos electrolisadores que precedem e antecedem imediatamente o electrolisador a que se aplica o circuito de derivação. O comutador móvel (8) está também provido com duas unidades de comutação (17 e 18) e com as resistências (19): uma vez que os braços extensíveis (12 e 13) tenham sido ligados aos pontos de contacto anódico e catódico (11 e 14 nas figuras 3-7), a unidade de comutação (17) é fechada e uma parte da totalidade da corrente eléctrica passa a través das resistências (19) . A restante, que é a menor parte da corrente eléctrica ainda alimenta o electrolisador a que se aplica o circuito de derivação o que permite que se estabeleçam condições de funcionamento no electrolisador tais que as correntes de retorno são impedidas no subsequente curto circuito. Após um tempo apropriado, depois de se ter fechado a unidade de comutação (17) fecha-se também a unidade de comutação (18), permitindo a completa aplicação do circuito de derivação ao
*. - "C C electrolisador sem que haja corrente de retòtiiò 'com importância na prática que atravesse o próprio electrolisador.
Um circuito eléctrico alternativo está ilustrado na Figura 9: neste caso, as barras colectoras foram divididas em sub unidades (20, 21 e 22, 23 ), respectivamente, às quais os braços de extensão (12 e 13) estão ligados. Cada sub-unidade que é isolada electricamente das outras está provida com os comutadores ( 24, 25 e 27, 28, respectivamente) e com as resistências (26, 29) para serem actuadas tal como acima se descreveu para os comutadores móveis da Figura 8.
Ao dividir as barras colectoras em sub-unidades evita--se a variação de corrente eléctrica acima mencionada, sem se recorrer ao uso maciço de metal mas sim à custa de uma maior complexidade do circuito eléctrico. A Figura 10 descreve os circuitos da Figura 9 no caso extremo em que cada par de braços de extensão anódico e catódico (12 e 13) está ligado às suas próprias unidades de comutadores (30 e 31) e às resistências (32) num arranjo modular. Quando se utilizam os conjuntos em paralelo das unidades de comutadores e de resistências descritas nas figuras (9 e 10) os comutadores devem ser actuados em simultâneo (e.g. na Figura 9: (24 e 27) e então (25 e 28).
Para uma melhor compreensão do invento dever-se-à entender que a resistividade é a resistência oferecida à passagem da corrente directa (d.c.) entre duas faces paralelas opostas de uma porção de material que tem uma unidade de comprimento e uma unidade de secção transversal. A resistividade de um material determina a resistência eléctrica oferecida por um material e a resistência é calculada de acordo com a fórmula: R = pL/A (1) onde R = resistência em microohms p = resistividade em microohms.centímetro L = comprimento em cm A = área da secção transversal em cm2
Apresentam-se a seguir exemplos de resistividade de diversos materiais:
METAL RESISTIVIDADE(microohms.cm) alumínio 2,655 cobre 1,673 ferro fundido 75 - 98 chumbo 20,65 magnésio 4,46 níquel 6,84 aço 11-45 A queda de tensão numa barra colectora é identificada pelas números de referência (6 e 7) nas Figuras 1 e 2 pode ser calculada para a disposição da Figura 1, enquanto é utilizado um comutador de curto circuito convencional para aplicar o circuito de derivação ao electrolisador (2), e é dada por: V = 0,5 R I (2) onde: R é definido na equação (1) acima referida I é a totalidade de corrente que passa através do electrolisador.
Considerando uma corrente total de '60.000 A, o comprimento L igual a 200 cm e uma área da secção transversal A igual a 100 cm2, a queda de tensão V ao longo das barras colectoras será de 0,1 V. É por esta razão que fazendo a ligação de um dispositivo de curto circuito característico da técnica anterior a uma extremidade das barras colectoras (6 e 7) se provocará uma variação da corrente monopolar nestas células mais próximas dos pontos de contacto do comutador móvel tal como se mostra na Figura 2. Nos casos, em que na técnica anterior se ensina a utilização de um dispositivo de comutação ligado às barras colectoras (6 e 7) tal como nas Patentes U.S. NS 4.561.949 e N2 4.589.966, os electrolisadores estavam limitados a um número reduzido de células monopolares fim de evitar uma excessiva variação da corrente.
Tal como se pode ver, a resistência eléctrica pode ser minimizada de duas formas: (1) fazendo diminuir o comprimento do caminho percorrido pela corrente; ou (2) fazendo aumentar a espessura das barras colectoras.
Em ambos os casos, a técnica anterior estava limitada por considerações de ordem prática. De qualquer forma na técnica anterior verificam-se sempre variações na corrente.
Com o dispositivo de comutação móvel do presente invento, a corrente pode ser transferida uniformemente dos electrolisadores, independentemente do número de células individuais que tiverem, sem se provocarem variações da corrente eléctrica.
De facto, a corrente eléctrica é alimentada directamen-te das células individuais dos electrolisadores através dos braços de extensão para o comutador móvel do invento sem passar através da barras colectoras, as quais ligam electricamente os electrolisadores durante o funcionamento normal. Além disso, os circuitos internos do comutador móvel do invento são concebidos de modo a permitir que as diversas partes da da corrente total que passam ao longo dos braços de extensão sejam iguais. Este resultado é conseguido através da utilização em alternativa das concepções representadas nas Figuras 8, 9 e 10, isto é, sobre-di-mensionando as barras colectoras internas, as quais são dimensionadas de modo a produzir uma queda de tensão óhmica inferior a 50 mV, ou dividindo as barras colectoras internas em sub-unidades cada uma das quais é provida de dispositivos de comutação e de resistências, ou com comutadores e resistências individuais para cada braço de extensão, tendo esta última disposição uma vantagem suplementar de permitir um melhor controle do calor gerado pela corrente eléctrica.
Com os comutadores móveis convencionais o electrolisa-dor a que se aplica o circuito de derivação tem que ser removido levantando o comutador móvel juntamente com este e ao lado deste, o que tem como resultado dar origem a condições de pouca segurança para os trabalhadores. O electrolisador é pesado e fica por cima dos trabalhadores, com a possibilidade do electrólito, que pode ser uma solução salina 32% cáustica e clorada na electrõlise cloro-alcalina, cair sobre os trabalhadores. 0 comutador móvel também bloqueia o acesso para e do electrolisador a que se aplica o circuito de derivação. Colocando o comutador móvel do invento por cima ou por baixo do electrolisador a que se aplica o circuito de derivação evitam-se aqueles problemas e o electrolisador pode ser mantido ao nível do chão e ser removido, por exemplo por meio de. um empilhador de garfos convencional. Assim não se corre \ ο risco do electrolisador pingar sobre os' trabalhadores e o acesso ao electrolisador fica aberto.
Com o comutador móvel do invento há uma economia superior a 40% em cobre, uma vez que as barras colectoras que se ligam aos electrolisadores podem ser concebidas exactamente para transferir a corrente entre os electrolisadores e não para minimizar a variação da corrente eléctrica nas células individuais dos electrolisadores causada pelos comutadores móveis característicos da técnica anterior. Também, tendo em vista o facto da corrente total ser dividida em pequenas partes para cada um dos braços de extensão, a queda de tensão ao longo dos braços de extensão é desprezável e a ligação entre cada um dos braços de extensão e os pontos de contacto anódico ou catódico podem ser do tipo por atrito (e.g. pinças com molas de pressão anteriormente mencionadas) em vez de serem do tipo aparafusado requerido pelos comutadores utilizados na técnica anterior, na qual a elevada corrente tem na totalidade que os atravessar. O tipo aparafusado da técnico anterior exige dispêndio de tempo e obriga a que os trabalhadores tenham que estar entre os electrolisadores em funcionamento durante longos períodos de tempo, o que é perigoso.
Uma outra vantagem do comutador móvel do invento consiste em não haver um limite para o numero de células no electrolisador a que se aplica o circuito de derivação.
Poder-se-ão fazer várias modificações ao dispositivo e ao método do invento sem se sair para fora do seu espírito ou alcance da patente e dever-se-à compreender que o invento só é limitado, de acordo com o que se definiu nas reivindicações anexas.
Claims (2)
- REIVINDICAÇÕES ia- Comutador eléctrico móvel, próprio para fazer com que a corrente eléctrica vá passar por um circuito de derivação que estabelece uma ligação directa entre os terminais de pelo menos um electrolisador constituído por células electrolíticas individuais que faz parte dum conjunto constituído por uma pluralidade de electrolisadores monopolares ligados em série a uma fonte de energia eléctrica, caracterizado por o referido comutador eléctrico móvel compreender uma multiplicidade de braços de extensão próprios para estabelecerem ligação com o ponto de contacto anódico de cada célula individual do electrolisador que precede o electrolisador que vai ser nby-passadon, isto é, cujos terminais vão ser postos em ligação directa através dum circuito de derivação, e uma multiplicidade de braços de extensão próprios para estabelecerem ligação com o ponto de contacto catódico de cada célula individual do electrolisador que se acha situado imediatamente a seguir ao electrolisador que vai ser "by-passado". 2ã- Comutador eléctrico móvel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender pelo menos uma barra colectora interna, um interruptor e uma resistência destinados a promover uma redução uniforme da intensidade de corrente nas várias células individuais do electrolisador que vai ser "by-pas-sado", sem que haja variações de intensidade de corrente eléctrica nas células adjacentes dos electrolisadores que se acham situados imediatamente antes e depois do electrolisador que vai ser "by-passado".
- 38- Comutador eléctrico móvel, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a referida barra colectora ser 15dimensionada de maneira a produzir uma quedà* ‘ óhmica de tensão inferior a 50 mV. 4â- Comutador eléctrico móvel, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a referida barra colectora ser dividida em várias sub-unidades. i 5§- Comutador eléctrico móvel, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por cada par de braços de extensão se encontrar equipado.com o seu próprio sistema de interruptores e ^ de resistências agrupados duma maneira modular. J 6s- Comutador eléctrico móvel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a ligação entre os braços de extensão e os pontos de contacto anódico ou catódico ser do tipo ligação por atrito. 7^- Comutador eléctrico móvel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os braços de extensão serem rígidos. 8-— Comutador eléctrico móvel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os braços de extensão serem flexíveis*. t · w 9â- Método aperfeiçoado próprio para fazer com que a corrente eléctrica vá passar por um circuito de derivação que estabelece uma ligação directa entre os terminais dum electroli-sador que faz parte dum conjunto constituído por uma pluralidade de electrolisadores monopolares ligados em série a uma fonte de energia eléctrica, caracterizado por compreender a utilização, do comutador eléctrico móvel de acordo com as reivindicações 1 a 8. 1610Método de acordo com a reivindicação 9, caracteri-zado por o referido comutador eléctrico móvel se achar colocado acima do electrolisador que vai ser "by-passado". 11§- Método de acordo com a reivindicação 9, caracteri-zado por o referido comutador eléctrico móvel se achar colocado abaixo do electrolisador que vai ser "by-passado". Lisboa, 20 de Dezembro de 1991J. PEREIRA DA CRUZ Agente Oficial da Propriedade Industriai RUA VtCTOR CORDON, 10-A 3." 1200 USBOA
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