PROBLEMAS EN LA PLANTA DE REFINACION DEL COBRE

1. Una refinería electrolítica de cobre usa una densidad de corriente de

172.24 A/m2. Cada tanque contiene 30 ánodos y 31 cátodos. El área

inmersa de cada cátodo (un lado es de 0.9398 por 0.9652 metros. El

voltaje por tanque es de 0.25 voltios (sistema múltiple). El espesor de

los ánodos iniciales es de 3.3cm, la eficiencia del amperaje de

deposición es del 95%. La planta entera contiene 1600 tanques en

operación. La resistividad del electrolito a la temperatura usada es de

1.65ohms/cm3. Los ánodos son retirados para fundirse con un espesor

de 0.254cm. La distancia entre ánodo y cátodo es de 5.08cm.

Se Pide:

1. Los amperios por tanque y la potencia en Kw requerida para operar los tanques.

2. La proporción de esta potencia convertida en calor en el electrolito.3. La producción total de la planta, por día, en kilogramos.4. El aumento en el espesor del cátodo por día.

SOLUCION

1.1Cálculo de la intensidad

I=(¿ decatodos−1) x2D .C ¿

I=(31−1) x2 x172 .24 Am2x 0 .9398mx0.9652m

I=9374 .3amperiostan que

1

1.2Cálculo de la potencia:

E= 0.25 Voltios/tanque

W=0.25voltios/tanquex9374.3aamperios/tanque

W=2343.5watts= 2.34 Kw/tanque

W=2.34 Kw/tanquex1600tanques

Potencia= 3744 Kw/planta

2.1 cálculo de la Resistencia

Tenemos que: r= 1.65ohms/cm3. Y L =5.08cm

Luego

R=1.65ohm−cm2

cmx5 .08cm10000cm2

R=0 .0008382ohms2.2 Cálculo del voltaje óhmico:

E=IxR

E=172.24ampm2

x0 . 0008382

E=0 .144 voltios

2.3 Cálculo de la potencia convertida en calor a partir del voltaje óhmico:

W=IxE

W=9374.3 amp/tanquex0.144 voltios/tanque

W=1350watts

W=1.35Kw/tanque

W=1.35Kw/tanquex1600tanques/planta

W= 2160Kw/planta.

2

2.4 cálculo de la proporción

Si:

3744Kw ---------------- 100%

2160Kw------------------ X

X = Porcentaje convertido en calor = 57.7%

3 Cálculo de la Producción:

Pr=9374 . 3amp26 .8

x 31.77 x24 x 0 .95

Pr=253389grs /celdas/día=253 .4Kg /celdaxdíaPr=253. 4Kg/celda /celdax 1600 celdasPr=405440 Kg /día

4 Cálculo del aumento de espesor

e=8446 gr /cátado

8 .94 grcm3

x9070 .95 cm2

Aumento de espesor por día = 0.10415 cm

3

2. Se quiere diseñar una planta de refinación electrolítica de cobre,

teniendo como base variables determinadas como pruebas de

laboratorio. Se dispone de tanques que miden 480cms de largo, por

120cms de ancho y 127cms de profundidad. Los tanques deben ser

distribuidos en tres bloques, cada uno del cual está conectado a una

moto generadora que proporciona 17200 amperios por circuito. La

densidad de corriente reportada es de 200amp/m2. El voltaje por tanque

es de 0.296 voltios, del cual el 80% es usado para vencer la resistencia

del electrolito. Se usa el sistema múltiple. La chatarra de ánodos es de

15%. Los que el peso de la placa inicial es de 6Kg. Los ánodos miden

98cm por 96cm y con un espesor de 4.3cm.

Considere una capacidad de planta de 12500 TM por mes, la eficiencia de la

corriente es del 90%

Se pide lo Siguiente:

1. El número de placas por tanque y el número de tanques necesarios para mantener la producción.

2. La intensidad y potencia eléctrica netas requeridas, en la primera por celda y en el segundo caso por planta.

3. El aumento de espesor de cobre por cátodo en 24hrs en pulgadas.

SOLUCION

1.1Cálculo del número de placas por tanque

3.281pies = 1 metro

A=1mx1m = 1m2

#cátodos =

4

IDCxA

=17200amp /tanque200 amp /m2 x1m2 /cát .x 2

¿43 cát /tanqueEntonces

#ánodos = 42 por tanque

1.2cálculo del número de tanques:Calculo de la producción por tanque

Pr=17200 x 1.186 x24 x 0 .91000

=440.6Kg /celda /día

Calculo del número de tanques:

Capacidadxdía=12500000 kg /mes30día /mes

= 416667Kg/día

#tanques=416667 Kg /mes440 .6Kg /tanque /día

=946 tan ques/ planta

Para el diseño se toman 2 tanques más o sea 948 tanques.

2.1 Cálculo de la intensidad neta por tanque.

I = (43-1) x2x200amp.m2x1m2

I = 16800 amperios/celda

Esta es la verdadera intensidad por celda ya que los dos cátodos de los extremos del tanque reciben depósito sobre un solo lado.

2.2 Cálculo de la potencia eléctrica neta requerida para la planta:

5

W=16800x 0 .296 x 9481000

=4714Kwplanta

3. Cálculo del aumento de espesor de cobre por día:

Pr=16800 x 1.186 x24 x 0 .91000

=430.38 kg /celda /día

Incremento de espesor:

=10247 .14 gr /cát /día8.94 gr /cm3 x10000cm2

=0 .1146 cm

Incremento=0 .045 pu lg adas /cátodo

6

3. En la planta de electrodeposición de New Cornelia Cooper Company,

Ajo, Ariz, se tiene 152 tanques, con 77 cátodos cada uno. Los cátodos

miden 42 por 42 pulgadas. La distancia entre la superficie de los ánodos

a los cátodos es de 2 pulgadas. En Marzo de 1918, la planta produjo

3152800 libras de cobre, la corriente deposita 0.92libras/Kw-Hr. La

resistividad promedio del electrolito es de 5ohm/cm3. El voltaje por

tanque es de 2.08voltios. Asumir que 0.1 voltios son absorbidos por los

contactos. La casa de tanques estaba dividida eléctricamente en dos

circuitos, cada uno con un generador.

Se pide lo siguiente:

1. La densidad de la corriente en amperios/pie2

2. La eficiencia de la corriente.3. Los amperios y voltaje requerido de cada generador.

SOLUCION

1.1Calculo de la producción por tanque:

Pr=3152800libras /marzo xmarzo31días

Pr=101703.22lbs /día/ planta

Pr=101703.22lbs /día/ planta

152 tan quesplanta

Pr=669.1 Libras /tanque /día

1.2Cálculo de los Kilovatios por tanque:

Potencia por tanque =1kw−hr0.92 lbs

x 669.1 lbs1día

x 1día24hrs

7

Kw/tanque =30.3044Kw/tanqueWatts/tanque = 30303.44 watt/tanque

1.3Cálculo de los amperios por tanque:

W=ExI I=

WE ,

I=30303 .44watts2. 08voltios

I=14570amperios / tan que

1.4Cálculo de la densidad de corriente:

Area=1764 pulg2 = 12.25 pie2/cátodoI= (n) 2xAxDC

DC=I(n )2 xAxDC

DC=14 .570amperios(77 )2 x12 .25 pies2

DC=7 .72amp / pie2

2.1. Cálculo del Gasto Práctico (Kw-hr/Kg)

Como 0.92 lbs………….1Kw-Hr

1 lbs…………. X

X=1.0869 Kw-Hr/libra

Gpráct=1. 0869Kw−Hr1lbr

x 2.2 lbs1Kg

Gpráct=2. 39Kw−Hr /Kgr

2.2 Cálculo de la eficiencia de la corriente:

8

Gpráct=26 .8xExnP . AtómxX

¿26 .8 x2 .08 x263 .57 x 2.39

=73%

3. Los amperios son 14570 amp/generador

Calculo del voltaje por generador

#tanques 152 circuitos= 2

1522

=76 tan ques /circuitos /generador

voltaje /circuito/ generador=76 tan quescir/ gen

x 2.08 voltiostan que

voltaje /circuito/ generador=158 voltios

4. La refinería de cobre da la Great Falls, Mont, tiene 1440 tanques, cada

tanque contiene 25 ánodos y 26 cátodos. Los cátodos miden 38x29

pulgadas. La densidad de la corriente es de 27.8amp/pie2 y la eficiencia

de la corriente es de 90%. Los tanques están arreglados en 6 circuitos

separados, cada uno con un generador que da 1130Kw. Se usa el

sistema múltiple. Del voltaje absorbido asumir que el 65% es usado para

vencer la resistencia del electrolito y el 35% es perdido por contactos y

otras causas. La distancia entre ánodo y cátodo es de 5cm.

Se pide trabajar en unidades del sistema internacional:

a) La capacidad de la planta en kilogramos por día y toneladas por año.

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b) El incremento de espesor por cátodo por día.

1) Cálculo de la intensidad

A=38 pulg x 29 pulg=1102 pulg2 x 1m2

1550 pulg2=0.7109m2

I=(26−1 )2 x 0.7109m2 x27.8 amppie2

x 10.7639 pie2

1m2=10636amp

* Cálculo de la producción

Pr ¿ 10636amp96500C

x 3600 sh

x 63.54 gr2

x 24 hdia

x0.90=272285.48 grTanque .día

Pr ¿272285.48 grTanque. día

x 1Kgr1000gr

=272.29 KgrTanque.día

x1440Tanques

Pr=392097.6 KgrDía

Pr ¿392097.6 KgrDía

x 1TM1000 kgr

x 365diasaño

=143116 TMaño

2) Cálculo del incremento del espesor

Espesor ¿ wP . E x Area

=10920 gr

cátodo

8.94 grcm3

x7109.66cm2=0.1718cm x 1m

100 cm=0.00172m

5. La refinería de cobre da la Canadian Cooper RefinersLtda en Montreal

East, está diseñada para operar con una densidad de corriente de 17

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amp/pie2. Las laminas de arranque son cuadradas, teniendo de lado

37.5 pulg y pesan 11 lbs. Hay 432 tanques usados para la fabricación de

cátodos, cada tanque contiene 42 ánodos, separados a 4.5 pulg de

centro a centro y 43 cátodos. Asumir que la eficiencia de la corriente es

de 94%.Cada ánodo es usado 33 días y dos cátodos son fabricados por

cada ánodo. Asumir que cada ánodo se corroe en una razón equivalente

al 100% de eficiencia de corriente y que los 9/10 de espesor es disuelto

antes del cambio del tanque. El voltaje por tanque es de 212 mv del cual

el 65% es requerido para vencer la resistencia del electrolito.

Se pide:

a) La capacidad anual de la planta (en libras) incluyendo las láminas de

arranque, operando 360 días.

b) El número de horas requeridas para fabricar una lámina de arranque en

la misma densidad y eficiencia de corriente y su espesor en pulgadas.

1) Cálculo de la intensidad

A=37.5 pulg2=1406.25 pulg2 x 1m2

1550 pulg2=0.9073m2

I=(43−1 )2x 0.9073m2 x17 amppie2

x 10.7639 pie2

1m2=13945.97amp

* Cálculo de la producción

Pr ¿ 13945.97amp96500C

x 3600 sh

x 63.54 gr2

x 24 hdia

x0.94=372889.56 grTanque.d í a

Pr ¿372889.56 grTanque.d í a

x 1lbs453.592gr

=822.081 lbsTanque .d í a

x 432Tanques

Pr ¿355139.18 lbsD í a

x 360diasañ o

=127850104 lbsaño

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* Cálculo del peso de las láminas de arranque

Pr¿11 lbsc á todos

x 43c á todos21.5ánodos

x 42á nodos33d í as x tanque

x 360 d í asaño

x 432tanques

Pr¿ 4354560 lbsañ o

* Cálculo de la producción total

Pr¿125010478 lbsaño

−4354560 lbsaño

=123495544 lbsañ o

2) Cálculo del número de horas requeridas para fabricar una lámina de arranque

* Cálculo de la intensidad para una lámina

I=A xDC=9.7656 pie2 x17 amppie2

=166amp

* Cálculo de la producción

Pr ¿ 166amp96500C

x 3600 sh

x 63.54 gr2

x 24 hdia

x0.94=4438.53 grl ámina .d í a

Pr¿ 4438.53 grl ámina . d í a

x 1Kgr1000 gr

=4.439 Kgrl ámina .d í a

* Cálculo del espesor de la lámina de arranque

Espesor= wp .e x Area

=4439 gr

l ámina .d í a

8.94 grcm3

x 9072.5cm2=0.0615cm

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