WO2022056647A1 - Dispositivo de captación de energía intra-celda y control de dispositivos periféricos. - Google Patents

Dispositivo de captación de energía intra-celda y control de dispositivos periféricos. Download PDF

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WO2022056647A1
WO2022056647A1 PCT/CL2020/050106 CL2020050106W WO2022056647A1 WO 2022056647 A1 WO2022056647 A1 WO 2022056647A1 CL 2020050106 W CL2020050106 W CL 2020050106W WO 2022056647 A1 WO2022056647 A1 WO 2022056647A1
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peripheral devices
electro
energy
voltage
cell
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PCT/CL2020/050106
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Inventor
David Alejandro Masferrer Salas
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New Tech Copper Spa.
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the field of application of this device is delimited to the area of mining, chemical, electrometallurgy, petrochemical processes, among others related. Specifically, in the processes of electro-winning or electro-refining of minerals, specifically Zn and Cu, among others.
  • the technical problem that the present invention aims to solve refers to achieving a device that manages to extract energy through the equipotential bar or a single pair of electrodes (anode cathode) to be able to energize and control a sufficient number of peripheral devices, which achieve monitor different variables of the electro-winning and electro-refining system.
  • the device itself measures and captures some variables such as cell voltage, bus potential and captures the data delivered by peripheral devices, such as temperature of the electrolyte at the cell inlet and outlet, inlet flow of the electrolyte and electrolyte level in the cell, pressure and air flow of the cell bubblers, trunk bar junction temperature, among others.
  • peripheral devices such as temperature of the electrolyte at the cell inlet and outlet, inlet flow of the electrolyte and electrolyte level in the cell, pressure and air flow of the cell bubblers, trunk bar junction temperature, among others.
  • CL 583-2005 A system and method for monitoring electrolytic cells is presented here in which a first electronic device, which can be energized by the cell, sends data signals from sensors arranged in an electrolytic cell to a second electronic device in wireless communication. in remote position.
  • this system uses backup batteries and uses external equipment for its operation, such as a coordinating device.
  • CL 1619-2007 This application presents an electrolytic cell monitoring system containing: a first electronic device powered by a cell in communication with one or more sensors and a second electronic device in wireless communication; associated device and method. On the other hand, they also require a significant amount of energy to be able to operate, so they use two or more cells to power themselves.
  • CL 2219-2007 A monitoring, control and management system for a plant where electro-winning or electro-refining processes are conducted is presented here.
  • hydrometallurgical of non-ferrous metals which allows sensing process variables and transforming them into electronic signals, comprising: at least one group of electrolytic cells, said cells having connection boxes for external electric current and transforming them into voltage for the collection and transmission of the variables of the process to transform them into electronic signals; a plurality of electrodes installed inside the electrolytic cell, alternately forming basic cell anodes and cathodes; a plurality of hanging bars of electrodes forming an alternate shape hanging bars for electrical contact of anodes and hanging bars for electrical contact of catados; a plurality of electrical support insulators that are located in the upper part of the side walls between two adjoining cells; a plurality of electrical feed bars that are located above each support electrical insulator and below the plurality of electrodes; a plurality of electrical spacer insulators, which rests on the electrical feeder bars, having each electrical spacer insulator monolith
  • US 11/422944 This patent presents a system, device and method that includes a first electronic device powered by a cell to control the amount of electrolytic cells that are placed using the electrical potential imposed across the electrolytic cells. The potential is generated by the voltage to accommodate and perform this task. If the electrical potential imposed across the cells is insufficient, the device can also be powered by batteries. In any case, this device is in communication with one or more sensors in the electrolytic cells, as well as a second electronic device, and the first and second Electronic devices communicate wirelessly. More specifically, the first wireless electronic device transmits data signals to the second electronic device, which receives the same. The first and second electronic devices are physically remote from each other, and communicate through a private or public network, preferably using spread spectrum technology.
  • the second electronic device preferably also transmits data signals to a computer for further processing of the data signals, and these arrangements can be used, for example, when producing copper.
  • This device uses two or more cells to work, besides not being independent, needing a coordinator, a router, Gateway, etc, it uses the IEEE802.15 spectrum, also the equipment does not communicate through Wi-Fi so it needs coordinators to operate.
  • US 5999107 This patent presents a monitoring system for the cathodic protection of buried metallic objects comprising a hard wire transponder connected to a sacrificial anode and a reference electrode, each of the transponders, the sacrificial anode and the reference electrode buried underground in close proximity to the buried metal object to be protected, thus forming a first main circuit between the sacrificial anode and the buried metal object and forming a second main circuit between the reference electrode and the metal object buried.
  • the system further comprises a portable ground-based transceiver tuned to a transponder frequency. Power for transponder operation is drawn from the cathodic protection circuit, thus avoiding the need for connections to above ground power sources. This device is totally different as it needs external reference electrodes for the operation.
  • US 61/694,211 refers to a system and method for monitoring, in real time, the electric current that circulates through each of a plurality of cathodes or anodes that form an electrolytic cell
  • the system comprises a plurality of means sensors that include hall effect sensors, the sensor means are arranged for current measurement and thermal drift correction, said sensors are located on a sensor bar that includes a protective shield that provides magnetic shielding and also prevents corrosion
  • the present invention allows a more accurate measurement of the current of each electrical unit in the electrolytic cell (cathode or anode) by using a ferromagnetic barrier that acts as a magnetic shield in order to reduce the effects of magnetic fields adjacent to the field in question and by the correction of the measurement based on thermal factors that can alter the measurement.
  • this device is referred to as simply an equipotential bar current monitor.
  • CL 57371 This patent refers to a system and method for monitoring, in real time, the electrical current that circulates through each of a plurality of cathodes or anodes that form an electrolytic cell, the system comprises a plurality of sensor means that include hall effect sensors, the sensor means are arranged for current measurement and thermal drift correction, said sensors are located in a sensor bar that includes a protective shield that provides magnetic shielding and also prevents corrosion, the present invention allows a measurement accuracy of the current of each electrical unit in the electrolytic cell (cathode or anode) by using a ferromagnetic barrier that acts as a magnetic shield in order to reduce the effects of magnetic fields adjacent to the field in question and by correcting for measurement based on thermal factors that can alter the measurement. In general, this device is referred to as simply a hall effect current monitor.
  • Fl 20135197 refers to a method and assembly for measuring the electric current that flows in an individual electrode in an electrolysis system
  • the electrolysis system comprises a plurality of intercalated electrodes, cathodes and anodes, arranged in an electrolysis cell and immersed in an electrolyte, said electrolysis system having a busbar assembly disposed in a cell wall of separation between each of the two adjacent cells, the busbar assembly comprises a compensating busbar for electrically connecting the anodes in one cell with the cathodes in a following cell providing the current with multiple electrical paths between the electrodes, said busbar being electrical connection formed by contact points between the compensating busbar and the electrode suspension bars, the method comprises measuring the electric current in the compensating busbar at the measurement points between each pair of adjacently neighboring contact points.
  • this device differs from the state of the art indicated in that this device uses only one cell to operate, with low power consumption, does not use batteries, and uses the IEEE 802.11 spectrum which corresponds to WIFI, avoiding having coordinators, routers , Gateway and limited to only connecting to the existing Wi-Fi network in the plant to operate, making this an autonomous device, easy to connect and easy to transmit. In addition, with the same extracted energy, it operates the device and delivers energy to the peripheral devices that operate controlled by it.
  • the device captures all data received from wired peripherals, analyzes it, and wirelessly retransmits it to the user.
  • the device does not require internal batteries, this makes it self-sustaining based only on the energy obtained from a cathode/anode pair, it also makes it smaller by not requiring space for batteries and makes it lighter for the same reasons explained above.
  • the labor on the device is less and only on its electronic components as it does not require maintenance or battery exchange.
  • the device can be kept on even in a plant shutdown, this consists of lowering the cell voltage to a minimum and passing an electrical current to the cell that does not allow electroplating, typically this plant shutdown voltage is of the order of 1.4 to 1.2 volts, thanks to the innovative voltage amplifier that the device includes, it can keep on even with voltages lower than 1.0 volts, for which it does not require the use of internal batteries or external for use in the entire process of electrowinning metals.
  • This device manages to measure and energize peripheral devices for a series of measurements such as: equipotential voltage of the electrolytic cell, temperature of the electrolyte inside the electrolytic cell, electrolyte level in the electrolytic cell, flow rate and electrolyte flow at the inlet and outlet of electrolytic cell, electrolyte temperature at cell inlet and outlet, electrolyte inlet pressure, bubbler line pressure, cell bubbler airflow, trunk bar junction temperature, current measurement of cathode individually.
  • Another problem that the present device solves is the wireless operation and management of the device and through it, of all the peripheral devices connected to it.
  • This device is a device with very low power consumption, so it can be used in multiple types of cells, including cells under poor operating conditions, because this device operates with voltages below 2.5 V, preferably between 1.5 and 2. 5 V, even with voltages lower than 1 V. In addition, its maximum consumption is 2 watts and less.
  • the present development corresponds to a device for capturing intra-cell energy, monitoring and control of peripheral devices.
  • the device comprises the electronics protection capsule (32), the electronic control and communication card (11) and the PCB electronic card for communication with peripherals.
  • the device also includes an RFID identification TAG and different parts and pieces to connect and assemble the entire device.
  • the device of the present development allows to be identified remotely, measures and captures variables such as cell voltage, bus potential and captures the data delivered by peripheral devices, such as the temperature of the electrolyte at the inlet and outlet of the cell, electrolyte inlet flow rate and electrolyte level in the cell. You can also remote control the operation of peripheral devices.
  • the present device is energized and energizes the peripheral devices through cables and communicates between the user-device of the present development-peripheral devices, wirelessly.
  • Smartcell ® Device Refers to the device described in this development.
  • TAG Traceability system for devices installed in metal electrowinning plants.
  • RFID Radio Frequency Electronic Identifier.
  • CPU Central Processing Unit.
  • PCB Printed circuit board.
  • Peripheral devices refer to any device that intends to measure operational variables that are distributed inside, on or outside an electrowinning cell, for example, flowmeters, such as the one described in the patent application PCT/ CL2020/050022 or level meters, such as the one described in patent application PCT/CL2020/050037.
  • the present device consists of two elements that interact with each other, the protection capsule (32) and the CPU clip support (12).
  • the CPU clip support (12) is a non-symmetrical "U" shaped structure that comprises, on the large side of the "U” (51), a cover cap for the TAG (15) that contains perforations for upper fastening (26) and a closing tab (50) on the opposite side of the perforations, which are hooked to the RFID Card receptacle (27) that protect the RFID identification TAG (14), in addition to the large side of the "U", also includes the visual identification of the Clip support (16); the small side of the "U” (48) is pierced lengthwise by the fixing holes of the CPU (29); and the base of the “U” has perforations for the clip fastening holes (28) to prevent the CPU clip support (12) from sliding along the device fastening rail (10), which can, optionally , be attached to the structure of an electrolytic cell.
  • the device also comprises an electronics protection capsule (32), which is divided into two sub-capsules, the upper electronics protection capsule (32a) and the lower electronics protection capsule (32b); a card control and communication electronics (11) inside the first sub-capsule (32a); and a PCB electronic card for power supply and communication with peripherals inside the second sub-capsule (32b).
  • an electronics protection capsule (32) which is divided into two sub-capsules, the upper electronics protection capsule (32a) and the lower electronics protection capsule (32b); a card control and communication electronics (11) inside the first sub-capsule (32a); and a PCB electronic card for power supply and communication with peripherals inside the second sub-capsule (32b).
  • an RFID identification TAG (14) and different parts and pieces to connect and assemble the entire device.
  • the CPU of the intra-cell energy capture and peripheral device control device has two connectors or terminals (30) on its sides, which pass through a lateral perforation in the lower electronics protection capsule (32b ) to be connected to the equipotential bar, the anodic bar is connected to the positive terminal and the cathodic bar to the negative terminal, through a cable made of an insulated conductive material, such as copper, aluminum, metal alloys, ceramic alloys, preferably copper (2) preferably 6 mm that goes from the bar to the terminal, where these terminals (30) comprise a 5/16 or 7.93 mm diameter bolt (24) and an M4 bolt (23), and are tightened with a terminal nut (25), where finally for the final tightening, a wing nut (53) is used to tighten by hand to facilitate its disconnection and connection.
  • the terminal (30) on the other hand passes through and contacts the cathode bar connection (55) and the anode bar connection (54).
  • this voltage is generally between 1.5 and 2.0 volts, which is the typical voltage of an electro- obtaining, such as for copper, is directed through a flat cable, for example an IDC awg28 flat cable, by connecting 10 pins (41) to the 10-pin connector of the CPU (44), this voltage enters a main processor that raises the voltage to 5 volts, (a low power boost source (45)) which is the pre-initialization stage of the device of the present development, with this small power source that has a current of low delivery, less than 50 milliamps, the main processor (46) that is under the LCD screen (37) is fed, when a voltage above 3 volts reaches the processor, it “wakes up” (turns on) and activates the high power boost supply module (47), this consists of a set of 2 high power boost supplies high capacity those that make the ignition of the communication components, peripherals, sensors, among others. All the switching on of the different
  • the 10-pin connector mentioned above distributes pins 1 and 2 as cathode pins, pins 3 and 4 as peripheral VCC pins for powering peripheral devices, pins 5 and 6 as “One Wire Peripheral ” for bidirectional half-duplex communication with peripheral devices, devices 7 and 8 as Peripheral GND for peripheral device ground, and pins 9 and 10 as anode pins, as seen in Figure 7.
  • pins 1 and 2 as cathode pins
  • pins 3 and 4 as peripheral VCC pins for powering peripheral devices
  • pins 5 and 6 as “One Wire Peripheral ” for bidirectional half-duplex communication with peripheral devices
  • devices 7 and 8 as Peripheral GND for peripheral device ground
  • pins 9 and 10 as anode pins
  • the CPU When the CPU is turned on, it activates an internal high-power boost source module (47), which modulates the PWM pulse width, and switches to 4 mosfet transistors (49) that release the current flow to the 4 coils (47) that raise the voltage, where this voltage passes through parallel diodes called Schottky diodes (47), which have very fast switching characteristics, which pass to an array of capacitors on the card and/or arrays of supercapacitors (35) , preferably two capacitors, saving the generated switching voltage, then the stored or backup voltage, goes through the voltage regulator (40) to power the main processor (46), the RFID reader (33), the module WIFI (39) and to the peripheral devices connected to the electronic card PCB for power supply and communication with peripheral devices (13).
  • an internal high-power boost source module (47) which modulates the PWM pulse width, and switches to 4 mosfet transistors (49) that release the current flow to the 4 coils (47) that raise the voltage, where this voltage passes through parallel diodes called Schottky diodes (
  • the internal high power boost source module (47) comprises the 4 coils and the parallel Schottky diodes.
  • the lift voltage is given by the equation:
  • V ⁇ input voltage
  • the device of the present development turns on the WIFI module (39) and peripherals to measure level and flow connected to it (as an example) and begins communication with the sent server and receiving data.
  • the device attempts the following steps to harvest the energy from the bar of the cathode/anode pair where: i) placement of the device in the tank to be monitored by means of the CPU clip support;
  • This figure describes the SmartCell® device integrated in an electrowinning cell, where it also energizes and controls a level measuring device and/or a flow measuring device. In addition, you can see how the SmartCell® device manages to energize itself and energize the different devices connected to it. Where the numbering indicates:
  • This figure presents a scheme of the device of the present development associated with a rail that is coupled to the electro-winning tank, where the numerals indicate:
  • This figure presents a diagram of the structure of the electronics protection capsule, where the numerals mean:
  • High power boost source module comprising Schottky coils and diodes (49) Mosfet Transistors
  • This figure presents a diagram that represents the voltage with respect to time showing the different percentages of the duty cycle of the device.
  • This figure represents a diagram of the operation process of the Smartcell® device of the present development, where the numerals represent the stages of: i) placement of the device in the tank to be monitored by means of the CPU clip support;
  • a Smartcell device of the present development was installed in a mine in the north of Chile, in a 100-cell electrowinning bench with 88 cells in operation, where the device was connected to the bar through a single cathode pair and anode.
  • table I shows the data detected and controlled by this device generated in the measurement of process variables in electro-winning in a period of approximately one hour, on August 24, 2020, where for the exposed case, the consumption is 1.2 Amper, which gives a power consumption of 1.97 watt.
  • id_wisc identification of the transmitting device number
  • id_sector transmission sector identification monitor
  • id identification of the monitored cell level
  • flow, voltage, flow temperature cell temperature: process variables
  • v_fw version of the device firmware
  • v_hw hardware version of the device r cause: cause of the reset, if the device is turned off for any reason it indicates numerical values
  • vout amplified voltage value
  • vcc_p peripheral voltage value
  • gnd_p ground value (voltage value 0) of peripherals
  • T_in device internal temperature ld_f: flow peripheral identifier ld_n: level peripheral identifier

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Abstract

El presente desarrollo es compacto y fácilmente desmontable, corresponde a un dispositivo que integra en su operación, a diferentes dispositivos periféricos que permiten la detección de variados parámetros físicos y eléctricos que ocurren en la operación de una celda de electro-obtención o electro-refinación. Este dispositivo control y energiza los diferentes dispositivos periféricos, que, logran informar de forma remota o directa al operador de la celda. El dispositivo extrae energía de un solo par de electrodos (ánodo y cátodo) para la energización de este y de todos los dispositivos periféricos conectados a él. El dispositivo en sí comprende una cápsula de protección de la electrónica (32), una tarjeta electrónica de control comunicación (11), una tarjeta electrónica de comunicación con los dispositivos periféricos (13), un cable de captura de energía (2), unos cables de energización y comunicación de los distintos dispositivos periféricos (7 y 8), y su algoritmo de control.

Description

DISPOSITIVO DE CAPTACIÓN DE ENERGÍA INTRA-CELDA
Y CONTROL DE DISPOSITIVOS PERIFÉRICOS.
CAMPO DE APLICACIÓN
El campo de aplicación del presente dispositivo se delimita al área de los procesos mineros, químicos, electrometalurgia, petroquímica, entre otros relacionados. En específico, en los procesos de electro-obtención o electro-refinación de minerales, en específico Zn y Cu, entre otros. El problema técnico que la presente invención pretende resolver se refiere a lograr un dispositivo que logre extraer energía a través de la barra equipotencial o de un solo par de electrodos (ánodo cátodo) para poder energizar y controlar un número suficiente de dispositivos periféricos, que logran monitohzar diferentes variables del sistema de electro-obtención y electro-refinación. A su vez el dispositivo mismo mide y capta algunas variables tales como voltaje de la celda, potencial de las barras y capta los datos entregados por los dispositivos periféricos, tales como, temperatura del electrolito a la entrada y salida de la celda, caudal de entrada del electrolito y nivel del electrolito en la celda, presión y flujo de aire de los burbujeadores de celda, temperatura de unión de barra troncal, entre otros.
DESCRIPCIÓN DEL ESTADO DEL ARTE PREVIO
En general, el estado del arte menciona un manual para el control y capacitación de personal para equipo de la empresa Outotec denominado CellSensorTM, donde este equipo está definido como un sistema de medición de voltaje y temperatura de la célula electrolítica inalámbrica (https://fccid.io/VTD- CSS001/User-Manual/User-manual-908646), en particular, este equipo requiere de alimentación eléctrica de baterías para poder operar, como se puede apreciar en la figura 1 , y también en el mismo documento mencionado en la página 7 muestra que para energizarse requiere de la conexión con múltiples celdas. También el mismo documento señala este dispositivo necesita más de una celda para funcionar, típicamente más de 2 celdas, ya que con dos celdas el voltaje de alimentación es superior a 3,3 volt y toda la electrónica puede funcionar con un voltaje de 3,3 volt o superior. Es importante este factor por el alto consumo energético necesario para la operación del dispositivo y el tamaño necesario del dispositivo al requerir baterías externas para su operación.
Por otro lado, existen una señe de patentes y solicitudes de patentes donde se presentan dispositivos, y sistemas de monitoreo y control de parámetros en celdas de electro-obtención como las siguientes:
CL 583-2005: Acá se presenta un sistema y método de monitoreo de celdas electrolíticas en que un primer dispositivo electrónico, que puede estar energizado por celda, envía en comunicación inalámbrica señales de datos de sensores dispuestos en una celda electrolítica a un segundo dispositivo electrónico en posición remota. Sin embargo, este sistema utiliza baterías de respaldo y utiliza equipos externos para su funcionamiento, como un dispositivo coordinador.
CL 1619-2007: esta solicitud presenta un sistema de monitoreo de celdas electrolíticas que contiene: un primer dispositivo electrónico energizado por una celda en comunicación con uno o más sensores y un segundo dispositivo electrónico en comunicación inalámbrica; dispositivo y método asociado. Por otro lado, también requieren una cantidad importante de energía para poder operar, con lo que utilizan desde dos o más celdas para energizarse.
CL 2219-2007: Acá se presenta un sistema de monitoreo, control y manejo de una planta donde se conducen procesos de electro-obtención o electro-refinación hidrometalúrgica de metales no ferrosos, que permite sensar variables del proceso y transformarlas en señales electrónicas, comprendiendo: a lo menos un grupo de celdas electrolíticas teniendo dichas celdas cajas de conexión de corriente eléctrica externa y transformarlas de voltaje para la recolección y transmisión de las variables del proceso para transformarlas en señales electrónicas; una pluralidad de electrodos instalados en el interior de la celda electrolítica, conformando en forma alternada ánodos y cátodos de celdas básicas; una pluralidad de barras colgadas de electrodos conformando una forma alternada barras colgadores pare contacto eléctrico de ánodos y barres colgadas pare contacto eléctrico de catados; una pluralidad de aisladores eléctricos de soporte que se ubican en la parte superior de las paredes laterales entre dos celdas contiguas; una pluralidad de barres alimentadoras eléctricas que están ubicadas sobre cada aislados eléctrico de soporte y bajo la pluralidad de electrodos; una pluralidad de aisladores eléctricos espaciadores, que se apoya sobre las barres alimentadoras eléctricas, teniendo casa aislador eléctricos espaciador silletas monolíticas aisladores de no contacto permitiendo instalar en forma alternada las barres colgadores pare ánodos y las barres colgadores pare cátodos; una pluralidad de campanas colectores de neblina ácida, estando cada campana colectora de neblina ácida ubicada sobre cada celda electrolítica; en donde los elementos constitutivos poseen al menos una cámara multifuncional que alojan circuitos y/o sensores electrónicos pare sensar variables del proceso que permiten monitorear, controlar y manejar el proceso productivo. Este dispositivo es alámbrico y requiere de energía externa pare poder funcionar.
US 11/422944: Esta patente presenta un sistema, dispositivo y método que incluye un primer dispositivo electrónico alimentado por una célula pare controlar la cantidad de células electrolíticas que se colocan utilizando el potencial eléctrico impuesto a través de las células electrolíticas. El potencial es generado por el voltaje pare acomodar y realizar esta tarea. Si el potencial eléctrico impuesto a través de las células es insuficiente, el dispositivo también puede funcionar con baterías. En cualquier caso, este dispositivo está en comunicación con uno o más sensores en las celdas electrolíticas, así como un segundo dispositivo electrónico, y el primero y el segundo dispositivos electrónicos se comunican de forma inalámbrica. Más específicamente, el primer dispositivo electrónico inalámbrico transmite señales de datos al segundo dispositivo electrónico, que recibe lo mismo. El primer y segundo dispositivo electrónico están físicamente alejados el uno del otro, y se comunican a través de una red privada o pública, preferentemente usando tecnología de espectro ensanchado. Además, el segundo dispositivo electrónico también transmite preferentemente señales de datos a una computadora para el procesamiento ulterior de las señales de datos, y estos arreglos pueden utilizarse, por ejemplo, al producir cobre. Este dispositivo usa dos o más celdas para funcionar, además de no ser independiente, necesitando un coordinador, un router, Gateway, etc, utiliza el espectro IEEE802.15, También el equipo no se comunica a través de wifi por lo que necesita de coordinadores para operar.
US 5999107: Esta patente presenta un sistema de vigilancia de la protección catódica de objetos metálicos enterrados que comprende un transpondedor de hilo duro conectado a un ánodo de sacrificio y un electrodo de referencia, quedando cada uno de los transpondedores, el ánodo de sacrificio y el electrodo de referencia enterrados bajo tierra en estrecha proximidad al objeto metálico enterrado que se ha de proteger, formando así un primer circuito principal entre el ánodo de sacrificio y el objeto metálico enterrado y formando un segundo circuito principal entre el electrodo de referencia y el objeto metálico enterrado. El sistema comprende además un transceptor portátil dispuesto sobre la tierra sintonizado a una frecuencia del transpondedor. La energía para el funcionamiento del transpondedor se extrae del circuito de protección catódica, con lo que se evita la necesidad de conexiones a fuentes de alimentación sobre la tierra. Este dispositivo es totalmente distinto al necesitar electrodos de referencia externos a la operación.
US 61/694.211 : se refiere a un sistema y método para monitorear, en tiempo real, la corriente eléctrica que circula por cada uno de una pluralidad de cátodos o ánodos que forman una celda electrolítica, el sistema comprende una pluralidad de medios sensores que incluyen sensores de efecto hall, los medios sensores están dispuestos para la medición de corriente y corrección de deriva térmica, dichos sensores están ubicados en una barra sensora que incluye un escudo protector que proporciona blindaje magnético y además evita la corrosión, la presente invención permite una medición más precisa de la corriente de cada unidad eléctrica en la celda electrolítica (cátodo o ánodo) al usar una barrera ferromagnética que actúa como un escudo magnético con el fin de reducir los efectos de los campos magnéticos adyacentes al campo en cuestión y mediante la corrección de la medición en base a los factores térmicos que pueden alterar la medición. En general, este dispositivo se remite a ser simplemente un monitor de corriente de barra equipotencial.
CL 57371 : Esta patente se refiere a un sistema y método para monitorear, en tiempo real, la corriente eléctrica que circula por cada uno de una pluralidad de cátodos o ánodos que forman una celda electrolítica, el sistema comprende una pluralidad de medios sensores que incluyen sensores de efecto hall, los medios sensores están dispuestos para la medición de corriente y corrección de deriva térmica, dichos sensores están ubicados en una barra sensora que incluye un escudo protector que proporciona blindaje magnético y además evita la corrosión, la presente invención permite una medición más precisa de la corriente de cada unidad eléctrica en la celda electrolítica (cátodo o ánodo) al usar una barrera ferromagnética que actúa como un escudo magnético con el fin de reducir los efectos de los campos magnéticos adyacentes al campo en cuestión y mediante la corrección de la medición en base a los factores térmicos que pueden alterar la medición. En general, este dispositivo se remite a ser simplemente un monitor de corriente por efecto hall.
Fl 20135197: se refiere a un método y montaje de medición de la corriente eléctrica que fluye en un electrodo individual en un sistema de electrólisis, el sistema de electrólisis comprende una pluralidad de electrodos, cátodos y ánodos intercalados, dispuestos en una celda de electrólisis y sumergidos en un electrolito, teniendo dicho sistema de electrólisis un montaje de barra colectora dispuesto en una pared de celda de separación entre cada una de las dos celdas adyacentes, el montaje de barra colectora comprende una barra colectora compensadora para conectar eléctricamente los ánodos en una celda con los cátodos en una siguiente celda que proporciona la corriente con múltiples caminos eléctricos entre los electrodos, estando dicha conexión eléctrica formada por puntos de contacto entre la barra colectora compensadora y las barras de suspensión de los electrodos, el método comprende la medición de la corriente eléctrica en la barra colectora compensadora en los puntos de medición entre cada par de puntos de contacto adyacentemente vecinos.
En general el presente dispositivo difiere del estado del arte señalado en que el presente dispositivo usa solo una celda para operar, con un bajo consumo eléctrico, no usa baterías, y usa el espectro IEEE 802.11 la cual corresponde al WIFI, evitando tener coordinadores, routers, Gateway y limitando solo a conectarse a la red de wifi existente en la planta para operar, haciendo de este un equipo autónomo, de fácil conexión y de fácil transmisión. Además, con la misma energía extraída, opera el dispositivo y entrega energía a los dispositivos periféricos que operan controlados por él.
PROBLEMAS TÉCNICOS QUE RESUELVE EL PRESENTE DESARROLLO
Como se puede colectar poca energía desde las barras desde un solo cátodo y un solo ánodo, para poder energizar el dispositivo del presente desarrollo y a su vez, energizar los dispositivos periféricos conectados a éste, sin conexiones de energía externa al del sistema de electro-obtención o electro-refinación. También como la energía colectada entrega la energización necesaria para la transmisión inalámbrica de datos del dispositivo al usuario.
El dispositivo capta todos los datos recibido de los periféricos conectados de forma alámbrica, los analiza y los retrasmite de forma inalámbrica al usuario. El dispositivo, no requiere baterías internas, esto lo hace autosustentable en base solo a la energía obtenida de un par cátodo/ánodo, también lo hace más pequeño al no requerir espacio para las baterías y lo hace más liviano por lo mismo explicado anteriormente.
La mano de obra sobre el dispositivo es menor y solo sobre sus componentes electrónicos al no requerir la manutención o intercambio de baterías.
El dispositivo una vez en funcionamiento normal, puede mantenerse encendido incluso en un paro de planta, esto consiste en, bajar el voltaje de celda al mínimo y hacer pasar una corriente eléctrica de celda que no permita la electrodepositación, típicamente este voltaje de paro de planta es del orden de 1 ,4 a 1 ,2 volt, gracias al innovador amplificador de voltaje que incluye el dispositivo este puede mantener encendido incluso con voltajes inferiores a 1 ,0 volt, por lo cual no requiere en ningún momento uso de baterías internas o externas para su uso en todo el proceso de electro obtención de metales.
Este dispositivo logra medir y energizar dispositivos periféricos para una serie de medidas tales como: Voltaje equipotencial de la celda electrolítica, Temperatura del electrolito dentro de la celda electrolítica, , Nivel de electrolito en celda electrolítica, caudal y flujo del electrolito en la entrada y salida de la celda electrolítica, temperatura del electrolito a la entrada y salida de la celda, presión de entrada del electrolito, presión de línea de los burbujeadores, flujo de aire de los burbujeadores de celda, temperatura de unión de la barra troncal, medición de corriente de cátodo individualmente. Otro problema que se resuelve el presente dispositivo es la operación y el manejo de forma inalámbrica del dispositivo y a través de él, de todos los dispositivos periféricos conectados a él.
El presente dispositivo es un dispositivo de muy bajo consumo eléctrico por eso puede utilizarse en múltiples tipos celdas, inclusive en celdas bajo condiciones operativas deficientes, porque el presente dispositivo opera con voltajes bajo 2,5 V, de preferencia entre 1 ,5 y 2,5 V, incluso con voltajes inferiores a 1 V. Además, su consumo máximo es de 2 watts y menos.
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INVENCIÓN
El presente desarrollo corresponde a un dispositivo de captación de energía intra-celda, monitohzación y control de dispositivos periféricos. En general, el dispositivo comprende la cápsula de protección de la electrónica (32), Tarjeta electrónica de control y comunicación (11 ) y la tarjeta electrónica PCB de comunicación con periféricos. Además, también comprende un TAG de identificación RFID y diferentes partes y piezas para conectar y ensamblar todo el dispositivo. En general el dispositivo del presente desarrollo permite ser identificado a distancia, mide y capta variables tales como voltaje de la celda, potencial de las barras y capta los datos entregados por los dispositivos periféricos, tales como, temperatura del electrolito a la entrada y salida de la celda, caudal de entrada del electrolito y nivel del electrolito en la celda. También puede controlar a distancia la operación de los dispositivos periféricos.
En general, el presente dispositivo se energiza y energiza a los dispositivos periféricos mediante cables y se comunica entre el usuario-dispositivo del presente desarrollo-dispositivos periféricos, de forma inalámbrica. DESCRIPCIÓN ESPECÍFICA DE LA INVENCIÓN
Debe entenderse que el presente desarrollo no está limitado a la metodología particular, compuestos, materiales, técnicas de manufactura, usos y aplicaciones aquí descritas, pues éstas pueden vahar. También debe entenderse que la terminología empleada aquí es usada con el solo propósito de describir una representación particular, y no intenta limitar la perspectiva y el potencial del presente desarrollo.
Debe notarse que el uso y método, aquí, en el pliego de reivindicaciones y en todo el texto que el singular no excluye el plural, salvo que en el contexto claramente lo implique. Entonces, por ejemplo, la referencia a un “uso o método”, es una referencia a uno o más usos o métodos e incluye equivalentes conocidos por quienes conocen de la materia (el arte). Similarmente, como otro ejemplo, la referencia a “un paso”, “una etapa” o a “un modo”, es una referencia a uno o más pasos, etapas o modos y que puede incluir sub-pasos, etapas o modos, implícitos y/o sobrevinientes.
Todas las conjunciones usadas han de entenderse en su sentido menos restrictivo y más inclusivo posible. Así, por ejemplo, la conjunción “o” debe entenderse en su sentido lógico ortodoxo, y no como un “o excluyente”, salvo que el contexto o el texto expresamente lo necesite o indique. Las estructuras, materiales y/o elementos descritos han de entenderse que también se refieren a aquellos equivalentes funcionalmente y así evitar enumeraciones taxativas interminables.
Las expresiones usadas para indicar aproximaciones o conceptualizaciones deben entenderse así, salvo que el contexto mande una interpretación distinta. Todos los nombres y términos técnicos y/o científicos aquí empleados tienen el significado común que le otorga una persona común, calificada en estas materias, salvo indicación expresa, distinta.
Los métodos, técnicas, elementos, compuestos y composiciones son descritos, aunque métodos, técnicas, compuestos y composiciones similares y/o equivalentes a los descritos pueden ser usados o preferidos en la práctica y/o pruebas de la presente invención.
Se incorporan todas las patentes y otras publicaciones como referencias, con el propósito de describir y/o informar, por ejemplo, las metodologías descritas en dichas publicaciones, que puedan resultar útiles en relación con el presente invento.
Se incluyen estas publicaciones sólo por su información previa a la fecha de registro de la presente solicitud de patente.
A este respecto nada debe considerarse como una admisión o aceptación, rechazo o exclusión, de que los autores y/o inventores no estén legitimados de serlo, o de estar ante-fechadas dichas publicaciones en virtud de otras anteriores, o por cualquier otra razón.
Para aportar claridad al presente desarrollo se definirán los siguientes conceptos:
Dispositivo Smartcell ®: Se refiere al dispositivo descrito en el presente desarrollo.
TAG: Sistema de trazabilidad de dispositivos instalados en plantas de electro obtención de metales. RFID: Identificador electrónico de radio frecuencia.
CPU: Unidad de Procesamiento central.
PCB: Placa de circuito impreso.
Dispositivos periféricos: Los dispositivos periféricos se refiere a cualquier dispositivo que pretenda medir variables operacionales que estén distribuidos dentro, sobre o por afuera de una celda de electro obtención, a modo de ejemplo, flujómetros, tal como el descrito en la solicitud de patente PCT/CL2020/050022 o medidores de nivel, tal como el descrito en la solicitud de patente PCT/CL2020/050037.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL DESARROLLO
El presente dispositivo consta de dos elementos que interactúan entre sí, la cápsula de protección (32) y el soporte del clip de la CPU (12). Donde el soporte clip de la CPU (12) es una estructura con forma “U” no simétrica que comprende, por el lado grande de la “U” (51 ), una tapa de cubierta del TAG (15) que contiene unas perforaciones de sujeción superior (26) y una pestaña de cierre (50) en el lado opuesto de las perforaciones, que se enganchan al receptáculo de la Tarjeta RFID (27) que protegen al TAG de identificación RFID (14), además el lado grande de la “U”, también comprende la Identificación visual del soporte del Clip (16); el lado pequeño de la “U” (48) está perforado a lo largo por las perforaciones de sujeción del CPU (29); y la base de la “U” tiene perforaciones las perforaciones de sujeción del clip (28) para evitar el deslizamiento del soporte clip de la CPU (12) a lo largo del Riel de sujeción del dispositivo (10), el que puede, opcionalmente, estar adosado a la estructura de una cuba electrolítica.
El dispositivo también comprende una cápsula de protección de la electrónica (32), que se divide en dos sub-cápsulas, la capsula de protección de la electrónica superior (32a) y la capsula de protección de la electrónica inferior (32b); una tarjeta electrónica de control y comunicación (11 ) dentro de la primera sub-cápsula (32a); y una tarjeta electrónica PCB de alimentación y comunicación con periféricos dentro de la segunda sub-cápsula (32b). Además, también comprende un TAG de identificación RFID (14) y diferentes partes y piezas para conectar y ensamblar todo el dispositivo. La CPU del dispositivo de captación de energía intra-celda y de control de dispositivos periféricos, tiene dos conectares o bornes (30) a los costados de este, los que pasan por una perforación lateral en la capsula de protección de la electrónica inferior (32b) para ser conectados a la barra equipotencial, se conecta la barra anódica al borne positivo y la barra catódica al borne negativo, a través de un cable de un material conductor aislado, tal como cobre, aluminio, aleaciones de metales, aleaciones cerámicas, de preferencia de cobre (2) de preferencia de 6 mm que va desde la barra al borne, donde estos bornes (30), comprenden un perno 5/16 o 7,93 mm de diámetro (24) y un perno M4 (23), y se aprietan con una tuerca del borne (25), donde finalmente para el apriete final, se utiliza una tuerca mariposa (53) para apretar con la mano para facilitar la desconexión y conexión de éste. El borne (30) por otro lado atraviesa y se contacta con el conectar a barra catódica (55) y con conectar a barra anódica (54).
Cuando la energía llega a los bornes (30), entra hacia la tarjeta electrónica de alimentación y comunicación de periféricos (13), este voltaje generalmente de 1 ,5 a 2,0 volt, que es el típico voltaje de una celda de electro-obtención, tal como para el cobre, es dirigido a través de un cable plano, a modo de ejemplo un cable plano IDC awg28, mediante el conectar de 10 pines (41 ) hacia el conectar de 10 pines de la CPU (44), este voltaje entra a un procesador principal que eleva el voltaje a 5 volt, (una fuente boost (45) de baja potencia) que es la etapa de pre-inicialización del dispositivo del presente desarrollo, con esta pequeña fuente de poder que tiene una corriente de entrega baja, menor a 50 mili amper, se alimenta el procesador principal (46) que esta debajo de la pantalla LCD (37), cuando al procesador le llega un voltaje sobre los 3 volt, este “despierta” (se enciende) y activa el módulo de fuente boost de alta potencia (47), este consta de un conjunto de 2 fuentes boost de alta capacidad los que hacen el encendido de los componentes de comunicación, periféricos, sensores entre otros. Todos los encendidos de las diferentes partes del dispositivo se van registrado de forma visual con el tintineo de un par de luces led de estatus (52).
En general, el conectar de 10 pines mencionados anteriormente, distribuye los pines 1 y 2 como pines del cátodo, los pines 3 y 4 como pines VCC periféricos para la alimentación eléctrica de los dispositivos periféricos, los pines 5 y 6 como “One Wire Periférico” para la comunicación bidireccional sem ¡dúplex con los dispositivos periféricos, los dispositivos 7 y 8 como GND Periférico para la tierra de los dispositivos periféricos, y los pines 9 y 10 como los pines del ánodo, tal como se ve en la figura 7. Con esto se ve la energización del dispositivo del presente desarrollo a través de los pines 1 , 2, 9 y 10, y la distribución de la energía almacenada y las comunicaciones con el resto de los pines a los dispositivos periféricos.
Al encenderse la CPU, activa un módulo interno de fuente boost de alta potencia (47), que modula el ancho de pulso PWM, y conmuta a 4 transistores mosfet (49) que liberan el paso de corriente hacia las 4 bobinas (47) que elevaran el voltaje, donde este voltaje pasa a través de unos diodos en paralelo llamados diodos Schottky (47), que tienen características de conmutaciones muy rápidas, que hacen pasar hacia un arreglo de condensadores de la tarjeta y/o arreglos de supercondensadores (35), de preferencia dos condensadores, guardando el voltaje de la conmutación generada, luego el voltaje almacenado o de respaldo, pasa por el regulador de voltaje (40) para alimentar al procesador principal (46), el lector de RFID (33), el módulo WIFI (39) y a los dispositivos periféricos conectados a la tarjeta electrónica PCB de alimentación y comunicación con dispositivos periféricos (13).
El módulo interno de fuente boost de alta potencia (47) comprende las 4 bobinas y los diodos en paralelo Schottky. El voltaje de elevación esta dado por la ecuación:
D = 1 - V¡ / Vo
Donde:
D = ciclo de trabajo, o el tiempo de conmutación del módulo PWM.
V¡ = voltaje de entrada, y
Vo = voltaje de salida.
A modo de ejemplo, para una celda de electro-obtención que tiene un voltaje equipotencial típico de 1 ,7 volt y el voltaje de salida se establece en 25 volt (voltaje que será almacenado en los condensadores), quiere decir que el ciclo de trabajo activo es de un 93,2%, por lo tanto, se debe modular con un ancho de pulso hacia los transistores mosfet (49) con un 93% del ciclo de trabajo, tal como se ve en la figura 9.
Una vez que el voltaje es estable sobre los 20 volt, el dispositivo del presente desarrollo enciende el módulo de WIFI (39) y periféricos para medir nivel y flujo conectados a él (a modo de ejemplo) y comienza la comunicación con el servidor enviado y recibiendo datos.
Con respecto a cómo opera la amplificación de energía en el dispositivo del presente desarrollo, se puede representar mediante un diagrama del funcionamiento, tal como se ve en la figura 10.
El dispositivo procura entonces las siguientes etapas para cosechar la energía desde la barra del par cátodo/ánodo donde: i) colocación del dispositivo en la cuba a monitorizar por medio del soporte clip de la CPU;
¡i) conexión de la barra anódica al borne positivo del dispositivo y conexión de la barra catódica al borne negativo del dispositivo (Un par ánodo/cátodo); iii) encendido del dispositivo; iv) iniciación del convertidor DC/DC de baja energía; v) despertar de la CPU; vi) toma de la energía desde la barra de par cátodo/ánodo entre 1 ,5 hasta 2,5 V; vii) activación del modo de aumento de potencia; y viii) retroalimentación energética del despertar de la CPU y ejecución de los procesos grabados en memoria de programa, tales como, verificar el voltaje de celda, verificar el voltaje de amplificación para qué este no aumente y se dañe la CPU, consultar las variables de los periféricos, transmitir la información al servidor, entre otros.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LAS FIGURAS
Figura 1
Esta figura presenta el estado del arte más cercano del manual de usuario del dispositivo CellSensor TM de la empresa Outotec, donde se puede ver claramente la batería de respaldo del dispositivo. https://fccid.ioA/TD-CSS001 /User-Manual/User-manual-908646 Figura 2
Esta figura describe el dispositivo SmartCell® integrado en una celda de electro-obtención, donde, además energiza y controla un dispositivo medidor de nivel y/o un dispositivo medidor de flujo. Además, se puede ver como el dispositivo SmartCell® logra energizarse y energizar a los distintos dispositivos conectados a él. Donde la numeración señala:
(1 ) Dispositivo controlador y energizador SmartCell®
(2) Cable de conexión entre los bornes y la barra equipotencial para la alimentación eléctrica del dispositivo SmartCell®
(3) Dispositivo medidor de nivel
(4) Dispositivo medidor de flujo
(5) Soporte del dispositivo medidor de nivel
(6) Ducto de alimentación de electrolito
(7) Línea de alimentación eléctrica del dispositivo periférico medidor de nivel
(8) Línea de alimentación eléctrica del dispositivo periférico medidor de flujo
(9) Barra equipotencial de la celda de electro-obtención
Figura 3
Esta figura presenta un esquema del dispositivo del presente desarrollo asociado a un riel que va acoplado a la cuba de electro-obtención, donde los numerales señalan:
(10) Riel (DIN) de sujeción del dispositivo (11 ) Tarjeta electrónica de control y comunicación CPU
(12) Soporte Clip de la CPU
(13) Tarjeta electrónica PCB de alimentación y comunicación con periféricos
(14) TAG de identificación del RFID
(15) Tapa de cubierta del TAG
(16) Identificación visual del soporte del Clip
(17) Sello inferior para cable de comunicación con periféricos
(18) Sello cable plano de comunicación
(19) Sello superior para comunicación con periféricos
(20) Sello perimetral CPU
(21 ) Tapa Inferior
(22) Tapa superior
(23) Pernos M4 del borne
(24) Perno 5/16 u 8mm del borne
(25) Tuerca 5/16 u 8 mm
(30) Borne
(31 ) Perforación de salida del borne
(42) Perforación exterior de la tapa para la sujeción del CPU Figura 4
Esta figura representa la estructura del soporte del clip del CPU (12), donde los numerales indican:
(12) Soporte Clip de la CPU
(15) Tapa de cubierta del TAG
(16) Identificación visual del soporte del Clip
(26) Perforaciones de sujeción superior
(27) Receptáculo de Tarjeta RFID
(28) Perforaciones de sujeción del clip
(29) Perforaciones de sujeción del CPU
(48) Lado pequeño de la “U”
(50) Pestaña de cierre
(51 ) Lado grande de la “U”
Figura 5
Esta figura presenta un diagrama de la estructura de la cápsula de protección de la electrónica, donde los numerales significan:
(21 ) Tapa Inferior
(22) Tapa superior
(31 ) Perforación de salida del borne
(32) Cápsula de protección de la electrónica (32a) Capsula de protección de la electrónica superior
(32b) Capsula de protección de la electrónica inferior
(42) Perforación exterior de la tapa para la sujeción del CPU
Figura 6
Esta figura presenta las partes y piezas electrónicas del dispositivo de la presente invención, donde los numerales reflejan:
(11 ) Tarjeta electrónica de control y comunicación CPU
(33) Lector RFID
(34) PCB para la Fuente de poder de la electro-obtención
(35) Condensadores de almacenamiento de energía
(36) Conectar de programación
(37) Pantalla de visualización de variables LCD
(38) Botón de reinicio
(39) Modulo WiFi
(40) Reguladores de Voltaje
(44) Conectar de 10 pines de la CPU para la comunicación y la alimentación a dispositivos periféricos
(45) Módulo de fuente boost de baja potencia
(46) Procesador Principal
(47) Módulo de fuente boost de alta potencia que comprende las bobinas y los diodos Schottky (49) Transistores Mosfet
(52) Luces led de estatus
Figura 7
Esta figura presenta la especificación de la tarjeta electrónica PCB de alimentación y comunicación con los periféricos (13), donde los numerales indican:
(2) Cable de conexión entre los bornes y la barra equipotencial para la alimentación eléctrica del dispositivo SmartCell®
(13) Tarjeta electrónica PCB de alimentación y comunicación con los periféricos
(23) Perno M4 del borne
(24) Perno 5/16 o 7,93 mm de diámetro del borne
(25) Tuerca del borne
(30) Borne
(32b) Capsula de protección de la electrónica inferior
(41 ) Conectar de 10 pines de la tarjeta electrónica PCB de alimentación y comunicación con los periféricos, con la especificación de cada pin (pin 1 al pin 10)
(43) Conectares para dispositivos periféricos
(53) Tuerca mariposa
(54) conectar a barra anódica (+)
(55) conectar a barra catódica (-) Figura 8
Esta figura presenta el detalle de la conexión del dispositivo del presente desarrollo a la barra equipotencial del sistema de electro-obtención, donde los numerales señalan:
(1 ) Dispositivo controlador y energizador SmartCell®
(2) Cable de conexión entre los bornes y la barra equipotencial para la alimentación eléctrica del dispositivo SmartCell®
(9) Barra equipotencial de la celda de electro-obtención
(53) Tuerca mariposa
Figura 9
Esta figura presenta un diagrama que representa el voltaje con respecto al tiempo en donde se ven los diferentes porcentajes del ciclo de trabajo del dispositivo.
A modo de ejemplo, para una celda de electro-obtención que tiene un voltaje equipotencial típico de 1 ,7 volt y el voltaje de salida se establece en 25 volt (voltaje que será almacenado en los condensadores), quiere decir que el ciclo de trabajo activo es de un 93,2%, por lo tanto, se debe modular con un ancho de pulso hacia los transistores mosfet (49) con un 93% del ciclo de trabajo. Figura 10
Esta figura representa un esquema del proceso de operación del dispositivo Smartcell® del presente desarrollo, donde los numerales representan las etapas de: i) colocación del dispositivo en la cuba a monitorizar por medio del soporte clip de la CPU;
¡i) conexión de la barra anódica al borne positivo del dispositivo y conexión de la barra catódica al borne negativo del dispositivo (Un par ánodo/cátodo); iii) encendido del dispositivo; iv) iniciación del convertidor DC/DC de baja energía; v) despertar de la CPU; vi) toma de la energía desde la barra de par cátodo/ánodo entre 1 ,5 hasta 2,5 V; vii) activación del modo de aumento de potencia; y viii) retroalimentación energética del despertar de la CPU y ejecución de los procesos grabados en memoria de programa, tales como, verificar el voltaje de celda, verificar el voltaje de amplificación para qué este no aumente y se dañe la CPU, consultar las variables de los periféricos, transmitir la información al servidor, entre otros.
EJEMPLO DE APLICACIÓN
Se instaló un dispositivo Smartcell del presente desarrollo en una mina en el norte de Chile, en un banco de electro-obtención de 100 celdas con 88 celdas en operación, en donde el dispositivo se conectó a la barra a través de un solo par cátodo y ánodo. Según se puede ver a continuación, en la tabla I se presentan los datos detectados y controlados por el presente dispositivo generados en la medición de variables de proceso en electro-obtención en un período de una hora aproximadamente, el día 24 de agosto de 2020, donde para el caso expuesto, el consumo es de 1 ,2 Amper lo que da un consumo de potencia de 1 ,97 watt.
Tabla I:
Figure imgf000025_0001
Donde las columnas significan: id_wisc: identificación del número de dispositivo transmitiendo, id_sector: identificación sector de transmisión id monitor: identificación de la celda monitoreada nivel, flujo, voltaje, temperatura del flujo, temperatura de la celda: variables de proceso v_fw: versión del firmware del dispositivo v_hw: versión del hardware del dispositivo r cause: causa del reset, si el quipo se apaga por algún motivo indica valores numéricos vout: valor del voltaje amplificado vcc_p: valor de voltaje de los periféricos gnd_p: valor de la tierra (valor voltaje 0) de los periféricos
T_in: temperatura interna del dispositivo ld_f: identificador del periférico flujo ld_n: identificador del periférico nivel

Claims

REIVINDICACIONES
1 Dispositivo de captación de energía intra-celda y de control de dispositivos periféricos para la electro-obtención y/o electro-refinación, sin necesidad de respaldo energético externo, CARACTERIZADO porque comprende un soporte clip de la CPU (12) que se ancla a una cápsula de protección de la electrónica (32) que protege una tarjeta electrónica de control y comunicación (1 1 ) y protege también, a una tarjeta electrónica PCB de alimentación y comunicación con dispositivos periféricos (13), donde para la energización del dispositivo mismo y de los dispositivos periféricos, se conecta por medio de bornes (30) con solo un par cátodo/ánodo de la barra equipotencial del sistema de electro-obtención y/o electro-refinación, donde el dispositivo opera con entre 1 a 2 Volt, donde los datos de operación del mismo dispositivo y de los dispositivos periféricos son enviados de forma remota al usuario.
2.- Dispositivo de captación de energía intra-celda y de control de dispositivos periféricos para la electro-obtención y/o electro-refinación, sin necesidad de respaldo energético, CARACTERIZADO porque el soporte clip de la CPU (12) es una estructura con forma “U” no simétrica que comprende, por el lado grande de la “U” (51 ), una tapa de cubierta del TAG (15) que contiene unas perforaciones de sujeción superior (26) y una pestaña de cierre (50) en el lado opuesto de las perforaciones, que se enganchan al receptáculo de la Tarjeta RFID (27) que protegen al TAG de identificación RFID (14), además el lado grande de la “U”, también comprende la Identificación visual del soporte del Clip (16); el lado pequeño de la “U” (48) está perforado a lo largo por las perforaciones de sujeción del CPU (29); y la base de la “U” tiene perforaciones las perforaciones de sujeción del clip (28) para evitar el deslizamiento del soporte clip de la CPU (12) a lo largo del Riel de sujeción del dispositivo (10).
3.- Dispositivo de captación de energía intra-celda y de control de dispositivos periféricos para la electro-obtención y/o electro-refinación, sin necesidad de respaldo
25 energético, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la cápsula de protección de la electrónica (32) comprende dos sub-capsulas, la capsula de protección de la electrónica superior (32a) y la capsula de protección de la electrónica inferior (32b), donde dentro de la primera sub-capsula (32a) se guarda la tarjeta electrónica de control y comunicación (11 ) y dentro de la segunda sub-capsula (32b) se protege la tarjeta electrónica PCB de alimentación y comunicación con periféricos, donde la capsula de protección de la electrónica superior (32a), y donde la capsula de protección de la electrónica inferior (32b) se aísla con el sello perimetral CPU (20), y se cierra con las tapa superior (22) y tapa inferior (21 ) respectivamente.
4.- Dispositivo de captación de energía intra-celda y de control de dispositivos periféricos para la electro-obtención y/o electro-refinación, sin necesidad de respaldo energético, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la tarjeta electrónica de control y comunicación (11 ) comprende: para la identificación del dispositivo con un TAG de identificación RFID (14), un lector RFID (33); para la comunicación del dispositivo con el exterior, un módulo WiFi (39); y donde, para la energización del dispositivo y los dispositivos periféricos, el voltaje captado en la tarjeta electrónica PCB de alimentación y comunicación con dispositivos periféricos (13) es canalizado a través de un conector de 10 pines (44) a un procesador principal (46) que eleva el voltaje a 5 volt por una fuente boost (45) de baja potencia, donde con esta pequeña fuente de poder que tiene una corriente de entrega menor a 50 mili amper, se alimenta el procesador principal (46) posicionado bajo de la pantalla LCD (37) para la obtención de datos visuales, y cerca del botón de reinicio (38), donde cuando el procesador recibe un voltaje sobre los 3 volt, este se enciende y activa el módulo de dos fuentes boost de alta potencia (47), los que realizan el encendido de los componentes del dispositivo mismo y de los dispositivos periféricos, registrados de forma visual con el tintineo de un par de luces led de estatus (52), donde al encenderse la CPU se activa un módulo interno que modula el ancho de pulso PWM y este conmuta por cuatro transistores mosfet (49) liberando el paso de corriente, elevando su voltaje y conmutándolo por cuatro diodos Schottky rápidamente, haciendo pasar el voltaje de la conmutación hacia un arreglo de condensadores de la tarjeta y/o arreglos de supercondensadores (35) guardando el voltaje de la conmutación generada, luego el voltaje almacenado o de respaldo, pasa por el regulador de voltaje (40) para alimentar al procesador principal (46), el lector de RFID (33), el módulo WIFI (39) y a los dispositivos periféricos conectados a la tarjeta electrónica PCB de alimentación y comunicación con dispositivos periféricos (13).
5.- Dispositivo de captación de energía intra-celda y de control de dispositivos periféricos para la electro-obtención y/o electro-refinación, sin necesidad de respaldo energético, según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la tarjeta electrónica PCB de alimentación y comunicación con dispositivos periféricos (13) comprende los cables de conexión entre los bornes y la barra equipotencial (2) que se atornillan al borne (30) por medio de una tuerca mariposa (53), los cuales energizan al conector a barra anódica (+) (54) y al conector a barra catódica (-) (55), los cuales a través de un cable plano, energizan al conector de 10 pines (41 ) llevando la energía a la tarjeta electrónica de control y comunicación (11 ) para el aumento necesario de voltaje, donde luego de ser aumentado y regulado el voltaje, es conducido por el mismo conector de 10 pines (41 ), a los conectores para los dispositivos periféricos (43), con lo cual se energizan los dispositivos periféricos y también se comunican internamente.
6.- Dispositivo de captación de energía intra-celda y de control de dispositivos periféricos para la electro-obtención y/o electro-refinación, según la reivindicaciones anteriores, sin necesidad de respaldo energético, CARACTERIZADO porque los dispositivos periféricos comprenden dispositivos que miden caudal y flujo del electrolito en la entrada y salida, nivel de electrolito, temperatura del electrolito a la entrada y salida de la celda, presión de entrada del electrolito, presión de línea de los burbujeadores, flujo de aire de los burbujeadores de celda, temperatura de unión de la barra troncal, lectura voltaje de la celda, medición de corriente de cátodo individualmente.
7.- Procedimiento de operación del dispositivo de captación de energía intra-celda y de control de dispositivos periféricos para la electro-obtención y/o electro-refinación, sin necesidad de respaldo energético, CARACTERIZADO porque comprende las siguientes etapas: i) colocación del dispositivo en la cuba a monitohzar por medio del soporte clip de la CPU;
¡i) conexión de la barra anódica al borne positivo del dispositivo y conexión de la barra catódica al borne negativo del dispositivo (Un par ánodo/cátodo); iii) encendido del dispositivo; iv) iniciación del convertidor DC/DC de baja energía; v) despertar de la CPU; vi) toma de la energía desde la barra de par cátodo/ánodo entre 1 ,5 hasta 2,5 V; vii) activación del modo de aumento de potencia; y viii) retroalimentación energética del despertar de la CPU y ejecución de los procesos grabados en memoria de programa, tales como, verificar el voltaje de celda, verificar el voltaje de amplificación para qué este no aumente y se dañe la CPU, consultar las variables de los periféricos, transmitir la información al servidor, entre otros.
28
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201217698Y (zh) * 2008-05-22 2009-04-08 武汉长海电气科技开发有限公司 一种电解槽参数无线监测系统
US7550068B2 (en) * 2004-03-17 2009-06-23 Kennecott Utah Copper Corporation Wireless electrolytic cell monitoring powered by ultra low bus voltage
US9397514B2 (en) * 2013-03-15 2016-07-19 Bakercorp DC power signal generation for electro-chemical reactor
US9677184B2 (en) * 2013-03-01 2017-06-13 Outotec (Finland) Oy Measurement of electric current in an individual electrode in an electrolysis system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7550068B2 (en) * 2004-03-17 2009-06-23 Kennecott Utah Copper Corporation Wireless electrolytic cell monitoring powered by ultra low bus voltage
CN201217698Y (zh) * 2008-05-22 2009-04-08 武汉长海电气科技开发有限公司 一种电解槽参数无线监测系统
US9677184B2 (en) * 2013-03-01 2017-06-13 Outotec (Finland) Oy Measurement of electric current in an individual electrode in an electrolysis system
US9397514B2 (en) * 2013-03-15 2016-07-19 Bakercorp DC power signal generation for electro-chemical reactor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RANTALA A., KIM D., KO S.: "ADVANCED WIRELESS MONITORING SYSTEM FOR ELECTROLYTIC CELLS", 5TH IFAC SYMPOSIUM ON MODELLING AND CONTROL IN BIOMEDICAL SYSTEMS 2003, MELBOURNE, AUSTRALIA, 21-23 AUGUST 2003, vol. 40, no. 11, 1 January 2007 (2007-01-01), pages 477 - 482, XP055919542, ISSN: 1474-6670, DOI: 10.3182/20070821-3-CA-2919.00066 *

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