PROBLEMAS
PROBLEMAS EN LA PEN LA PLANTA DE LANTA DE REFINACION DEL REFINACION DEL COBRECOBRE
1.
1. Una refinería electrolítica de cobre usa una densiUna refinería electrolítica de cobre usa una densidad de corriente dedad de corriente de 172.24 A/m
172.24 A/m22. Cada tanque contiene 30 ánodos y 31 cátodos. El área. 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 inmersa de cada cátodo (un lado es de 0.9398 por 0.9652 metros. El voltaje por tanq
voltaje por tanque es due es de 0.25 voe 0.25 voltios (sistema múltiple). ltios (sistema múltiple). El espesor El espesor dede los ánodos iniciales es de 3.3cm, la eficiencia del amperaje de los ánodos iniciales es de 3.3cm, la eficiencia del amperaje de deposición es del 95%. La planta entera contiene 1600 tanques en deposición es del 95%. La planta entera contiene 1600 tanques en operación. La resistividad del electrolito a la temperatura usada es de operación. La resistividad del electrolito a la temperatura usada es de 1.65ohms/cm
1.65ohms/cm33. Los ánodos son retirados para fundirse con un espesor. Los ánodos son retirados para fundirse con un espesor de 0.254cm. La distancia entre ánodo y cátodo
de 0.254cm. La distancia entre ánodo y cátodo es de 5.08cm.es de 5.08cm.
Se Pide: Se Pide:
1.
1. Los amperios por tanqLos amperios por tanque y la potencia en Kw ue y la potencia en Kw requerida para operar losrequerida para operar los tanques.
tanques. 2.
2. La proporción La proporción de esta pode esta potencia convtencia convertida en certida en calor en el alor en el electrolito.electrolito. 3.
3. La produccióLa producción total de n total de la planta, por la planta, por día, en kidía, en kilogramos.logramos. 4.
4. El aumento El aumento en el en el espesor espesor del cátodo del cátodo por día.por día.
SOLUCION SOLUCION 1.1
1.1 Cálculo de Cálculo de la intensidadla intensidad
C
C
D
D
x
x
decatodos
decatodos
I
I
(#
(#
1
1
))
2
2
..
que
que
amperios
amperios
I
I
m
m
m
mx
x
x
x
m
m
A
A
x
x
x
x
I
I
tan
tan
3
3
..
9374
9374
9652
9652
..
0
0
9398
9398
..
0
0
2
24
4
..
1
17
72
2
2
2
))
1
1
3
31
1
((
22 1.2 Cálculo 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
ohms
R
cm
cm
x
cm
cm
ohm
R
0008382
.
0
10000
08
.
5
65
.
1
2 2 2.2 Cálculo del voltaje óhmico: E=IxR
voltios
E
x
m
amp
E
144
.
0
0008382
.
0
24
.
172
2 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.
2.4 cálculo de la proporción Si:
3744Kw --- 100% 2160Kw--- X
X = Porcentaje convertido en calor = 57.7% 3 Cálculo de la Producción:
día
Kg
celdas
celdax
celda
Kg
celdaxdía
Kg
día
celdas
grs
x
x
x
amp
/
405440
Pr
1600
/
/
4
.
253
Pr
/
4
.
253
/
/
253389
Pr
95
.
0
24
77
.
31
8
.
26
3
.
9374
Pr
4 Cálculo del aumento de espesor
2 3
9070
.
95
94
.
8
/
8446
cm
x
cm
gr
cátado
gr
e
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
1.1 Cálculo del número de placas por tanque 3.281pies = 1 metro
A=1mx1m = 1m2 #cátodos =
que
cát
x
cát
m
x
m
amp
que
amp
DCxA
I
tan
/
43
2
.
/
1
/
200
tan
/
17200
2 2 Entonces#ánodos = 42 por tanque
1.2 cálculo del número de tanques: Calculo de la producción por tanque
día
celda
Kg
x
x
x
/
/
6
.
440
1000
9
.
0
24
186
.
1
17200
Pr
Calculo del número de tanques:
mes
día
mes
kg
día
Capacidadx
/
30
/
12500000
= 416667Kg/díaplanta
ques
día
que
Kg
mes
Kg
ques
946
tan
/
/
tan
/
6
.
440
/
416667
tan
#
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:
planta
Kw
x
x
W
4714
1000
948
296
.
0
16800
3. Cálculo del aumento de espesor de cobre por día:
día
celda
kg
x
x
x
/
/
38
.
430
1000
9
.
0
24
186
.
1
16800
Pr
Incremento de espesor:cátodo
adas
pu
Incremento
cm
cm
x
cm
gr
día
cát
gr
/
lg
045
.
0
1146
.
0
10000
/
94
.
8
/
/
14
.
10247
2 3 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
1.1 Calculo de la producción por tanque:
día
que
Libras
planta
ques
planta
día
lbs
planta
día
lbs
días
marzo
x
marzo
libras
/ tan / 1 . 669 Pr tan 152 / / 22 . 101703 Pr / / 22 . 101703 Pr 31 3152800 Pr 1.2 Cálculo de los Kilovatios por tanque:
Potencia por tanque
hrs
día
x
día
lbs
x
lbs
hr
kw
24
1
1
1
.
669
92
.
0
1
Kw/tanque =30.3044Kw/tanque Watts/tanque = 30303.44 watt/tanque 1.3 Cálculo de los amperios por tanque:
W=ExI I= E W , voltios watts I 08 . 2 44 . 30303 que amperios I 14570 tan
1.4 Cálculo de la densidad de corriente: Area=1764 pulg2 = 12.25 pie2/cátodo
I= (n) 2xAxDC 2 2
/
72
.
7
25
.
12
2
)
77
(
570
.
14
2
)
(
pie
amp
DC
pies
x
amperios
DC
xAxDC
n
I
DC
2.1. Cálculo del Gasto Práctico (Kw-hr/Kg)
Como 0.92 lbs………….1Kw-Hr 1 lbs…………. X X=1.0869 Kw-Hr/libra
Kgr
Hr
Kw
G
Kg
lbs
x
lbr
Hr
Kw
G
práct práct/
39
.
2
1
2
.
2
1
0869
.
1
%
73
39
.
2
57
.
63
2
08
.
2
8
.
26
.
8
.
26
x
x
x
AtómxX
P
xExn
G
práct3. Los amperios son 14570 amp/generador Calculo del voltaje por generador
#tanques 152 circuitos= 2
voltios
generador
circuito
voltaje
que
voltios
x
gen
cir
ques
generador
circuito
voltaje
generador
circuitos
ques
158
/
/
tan
08
.
2
/
tan
76
/
/
/
/
tan
76
2
152
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:
b) El incremento de espesor por cátodo por día. 1) Cálculo de la intensidad ( ) * Cálculo de la producción
2) Cálculo del incremento del espesor
5. La refinería de cobre da la Canadian Cooper RefinersLtda en Montreal East, está diseñada para operar con una densidad de corriente de 17 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 ( ) * Cálculo de la producción
* Cálculo del peso de las láminas de arranque
* Cálculo de la producción total
2) Cálculo del número de horas requeridas para fabricar una lámina de arranque
* Cálculo de la intensidad para una lámina
* Cálculo de la producción
* Cálculo del espesor de la lámina de arranque