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Reducción de los efectos anódicos en celdas electrolíticas para la producción del aluminio primario en CVG Alcasa



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    INTRODUCCIÓN Las celdas electrolíticas son el
    corazón del proceso productivo y lo que allí
    sucede, en ocasión constituye un gran enigma, que se ha
    ido descifrando con las innumerables investigaciones realizadas a
    fin de mejorar tanto las condiciones de operación como las
    productivas. La siguiente Investigación presenta la
    reducción de los efectos anódicos en celdas
    electrolíticas para la producción del aluminio
    primario en CVG ALCASA. Este trabajo es importante para la
    empresa CVG ALCASA, ya que reducir los efectos anódicos
    implica minimizar costo, impacto ambiental y mejoras en el
    proceso. Lo cual beneficiaran y hará más eficiente
    a la línea de celdas en el presente y futuro.

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    En Celdas II Línea III CVG ALCASA se lleva a cabo el
    proceso de reducción del aluminio el cual se desarrolla
    bajo una serie de parámetros técnicos –
    operativos. EL PROBLEMA Cabe destacar que uno de los problemas
    más comunes que se presentan en esta área son los
    efectos anódicos el cual viene dado cuando la
    concentración de alúmina en el baño se
    reduce en un 2% aproximadamente trayendo como consecuencia un
    incremento de voltaje de celda y por lo tanto un mayor consumo de
    energía, impacto al medio ambiente por lo gases generados
    durante el efecto anódico y los cuales afectan y
    contaminan la atmósfera, y también desestabiliza
    tanto el control del proceso productivo como los costos de
    producción, debido a que hay un mayor consumo de carbones,
    electrolitos y varas verdes.

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    El presente estudio se desarrolló con la finalidad de
    reducir la frecuencia y tiempo de duración de tales
    efectos en una primera etapa de 0.5 luces/celdas/día a
    0.20 luces/celdas/día ya que el objetivo de esta
    área es generar 0 luces/celdas/días, esto a
    través del establecimiento de propuesta de mejora para un
    control óptimo y adecuado de los mismos, todo esto con la
    finalidad de minimizar las emisiones de gases, mejorar la calidad
    del medio ambiente, la vida de los trabajadores, calidad de
    operación y reducir los costos de energía,
    generando así beneficios para la empresa. EL
    PROBLEMA

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    OBJETIVOS Objetivo General Reducir los efectos anódicos en
    las celdas electrolíticas para la producción del
    aluminio primario. Objetivo Específicos Realizar un
    diagnóstico de la situación actual de los efectos
    anódicos en el proceso productivo. Realizar un seguimiento
    a la frecuencia de los efectos anódicos en Celdas II
    Línea III a través del número de
    luces/día/celdas de acuerdo a la data histórica
    desde el año 2005 hasta la actualidad. Definir las causas
    que producen el efecto anódico a través de un
    diagrama Causa – Efecto.

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    OBJETIVOS Objetivo General Reducir los efectos anódicos en
    las celdas electrolíticas para la producción del
    aluminio primario. Objetivo Específicos Evaluar a
    través de una estimación de costo la incidencia de
    los efectos anódicos en la estructura de costo de
    producción. Proponer un plan de acciones para reducir y
    controlar la frecuencia y duración de los efectos
    anódicos. Proponer medidas de control ambiental. Realizar
    un análisis estadístico a través de Excel
    para comparar el comportamiento de los efectos anódicos
    desde el año 2005 hasta la actualidad.

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    MARCO METODOLÓGICO Tipo de Estudio No Experimental
    Aplicada Diseño de la Investigación Documental y de
    Campo Descriptiva

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    MARCO METODOLÓGICO Población y Muestra La
    Población esta conformada por toda la cantidad de
    luces/celdas/día en el área de Celdas II
    Línea III. Para la muestra se tomaron las
    luces/celdas/día/ en el periodo establecido, es decir,
    desde el año 2005 hasta el año 2008 con un promedio
    mensual de medición de muestra.

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    MARCO METODOLÓGICO Procedimiento Evaluar la
    situación actual a través de visitas repetidas al
    área de estudio para observar la frecuencia de los efectos
    anódicos. 2. Seguimiento y exploración de los
    efectos anódicos a través de los reportes diarios y
    mensuales para observar la frecuencia de incidencia de estos en
    el proceso productivo. 3. Identificación de las causas que
    generan los efectos anódicos a través de un
    diagrama Causa – Efecto. 4. Interpretación de los
    efectos anódicos a través de las herramientas
    estadísticas estudiada para observar su comportamiento
    desde el año 2005 hasta la actualidad.

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    MARCO METODOLÓGICO Procedimiento 6. Evaluar el impacto
    ambiental que generan los efectos anódicos. 7.
    Implementación de un plan de acción que conlleve al
    control y reducción de los efectos anódicos. 8.
    Implementación de medidas de protección ambiental.
    5. Realizar una estimación de los costos asociados a la
    generación de los efectos anódicos y que afectan a
    los costos de producción.

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    SITUACIÓN ACTUAL Generalmente, el efecto anódico en
    las celdas de aluminio ocurre cuando la concentración de
    alúmina cae por debajo del 2%, siendo esta la causa
    principal ya que el baño electrolítico mejora su
    capacidad humectante al tener alúmina disuelta en el, por
    lo tanto el contacto entre el ánodo y el baño es
    optimo, y disminuye cuando la concentración de
    alúmina va decreciendo a través del mismo proceso
    (disolución de alúmina). IMPACTO DE LOS EFECTOS
    ANÓDICOS

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    SITUACIÓN ACTUAL Cabe destacar que los efectos
    anódicos pueden ser programados y no programados, los
    programados son provocados por el sistema de control de celda
    mientras que los no programados son producidos por condiciones de
    operatividad de la celda como son: Tolvas vacías Fallas
    mecánicas y eléctricas en la descarga de la tolva.
    Celdas en manual por tiempo prolongado. El Tiempo de
    alimentación no es el adecuado, entre otros. IMPACTO DE
    LOS EFECTOS ANÓDICOS

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    SITUACIÓN ACTUAL Influencias de los Efectos
    Anódicos en las Celdas Incremento del consumo de
    energía. Perdida de la estabilidad térmica.
    Reducción de la vida útil de la celda. Cambios en
    la químicas de baño. Disminución de la
    eficiencia de corriente. Debilitamiento de las paredes laterales,
    formación de casco rojo y posibles perforaciones de pared
    asociadas. Fractura del cátodo debido a expansiones y
    contracciones térmica. Generación de gases
    perflurocarbonados (CF4 y CF6 ). Incremento del consumo de
    fluoruro de aluminio. Incremento del consumo de palos verdes.
    Estrés personal.

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    SITUACIÓN ACTUAL (Gp:) Efectos Anódicos (Gp:)
    Problemas de grúas (Gp:) Fallas de operaciones tiempo
    (Gp:) Fallas en el rompe costra (Gp:) Falta de
    alimentación (Gp:) Fallas mecánicas (Gp:) Fallas en
    la descarga tolva (Gp:) Descalibración en la tolva (Gp:)
    Celdas en manual por tiempo prolongado (Gp:) Fallas
    mecánicas (Gp:) Fallas eléctricas (Gp:) Tiempo de
    alimentación no es el adecuado (Gp:) Fallas
    Eléctricas (Gp:) Fallas en la descarga tolva (Gp:)
    Distracción del operario (Gp:) Desgaste de puntas (Gp:)
    Obstrucción de canaletas de descarga (Gp:) Tolvas
    vacías por falta de regado de alumina en
    oportunidades

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    SITUACIÓN ACTUAL FUENTES CONTAMINANTES GENERADA POR LOS
    EFECTOS ANÓDICOS. Actualmente en Línea III Celdas
    II la supresión del efecto anódico se realiza en
    forma manual, introduciendo una vera verde por debajo de los
    carbones con el propósito de sacar los gases que se
    encuentran debajo de los ánodos los cuales se oponen al
    paso de la corriente. Cabe destacar que los gases generados son
    gases perfluorocarbonados: el tetraflúormetano (CF4) y el
    hexaflúoretano (C2 F6), que se producen durante el breve
    proceso conocido como efecto anódico y los cuales son
    considerados como gases de efecto invernadero que está
    siendo emitido a la atmósfera.

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    SITUACIÓN ACTUAL FUENTES CONTAMINANTES GENERADA POR LOS
    EFECTOS ANÓDICOS. Hoy, los aspectos ambientales
    relacionados con emisiones de perflurocarbonados son
    predominantes, la industria constantemente se esfuerza por
    reducir la frecuencia y la duración de EA a un
    mínimo, ya que el objetivo es ponerse cerca del cero.
    Grandes reducciones han alcanzado, pero todavía hay un
    modo largo de ir. Durante 15 años la industria de aluminio
    ha hecho grandes esfuerzos para reducir la frecuencia y
    duración de los efectos anódicos. En muchos
    países es un acuerdo voluntario entre las agencias de
    protección de medio ambiente y la industria de
    aluminio.

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    PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS En CVG ALCASA
    específicamente en Celdas II Línea III se
    realizó la recolección de los reportes que
    contienen la información de los efectos anódicos
    que se producen en el proceso de reducción del aluminio.
    Tomándose como muestra los resultados obtenidos desde el
    año 2005 hasta octubre 2008.

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    PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS Promedio de los Efectos
    Anódicos del Año 2005 EFECTOS ANÓDICOS
    AÑO 2005

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    PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS

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    PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS EFECTOS ANÓDICOS
    AÑO 2006 Promedio de los Efectos Anódicos del
    Año 2006

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    PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS EFECTOS ANÓDICOS
    AÑO 2007 Promedio de los Efectos Anódicos del
    Año 2007

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    PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS EFECTOS ANÓDICOS
    AÑO 2008 Promedio de los Efectos Anódicos del
    Año 2008

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    PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS COSTO ASOCIADO A LA
    GENERACIÓN DE LOS EFECTOS ANÓDICOS Costo de Varas
    Verde Costo de Mano de Obra

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    PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS Costo de Materia
    Prima

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    PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS Reducción del
    Consumo de Energía por Disminución de Frecuencia y
    Duración de Efectos Anódicos Consumo extra de
    energía = [(Vae – Vope) * Dae ]*KA

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    PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS Proyección de la
    Reducción del Consumo de Energía

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    PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS Costo del Consumo Extra de
    Energía

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    SITUACIÓN PROPUESTA 1. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN
    Actualmente en Línea III las celdas P20 de
    alimentación de alúmina semi-puntual presentan una
    alta dependencia al sistema de tolva de equipos ECL
    (grúas). Es por esto que se propone invertir en un sistema
    de fase densa o hiperdensa para el transporte de alúmina
    para cada celda. Se propone este sistema ya que es la
    tecnología que mas se adapta a este proceso y este ha dado
    excelente resultados a las empresas que lo adoptaron CVG Venalum
    y ALUAR (Aluminio Argentinos), lo que ayudó a disminuir la
    exposición de los operadores a los gases y temperaturas,
    así como un menor consumo de electricidad.

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    SITUACIÓN PROPUESTA 1. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN Es
    importante mencionar que este sistema puede presentar fallas es
    por esto que se le debe diseñar un modelo de acciones para
    establecer un mantenimiento preventivo que permita aumentar la
    disponibilidad y confiabilidad del sistema. Para lograr el
    diseño se establece un proceso de análisis e
    identificación que genera una metodología orientada
    a obtener acciones que permitan dicho mantenimiento para el
    sistema de transportación de alúmina.

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    SITUACIÓN PROPUESTA 1. SISTEMA DE ALIMENTACIÓN
    Actualmente en Línea III las celdas P20 de
    alimentación de alúmina semi-puntual presentan una
    alta dependencia al sistema de tolva de equipos ECL
    (grúas). Es por esto que se propone invertir en un sistema
    de fase densa o hiperdensa para el transporte de alúmina
    para cada celda. Se propone este sistema ya que es la
    tecnología que mas se adapta a este proceso y este ha dado
    excelente resultados a las empresas que lo adoptaron CVG Venalum
    y ALUAR (Aluminio Argentinos), lo que ayudó a disminuir la
    exposición de los operadores a los gases y temperaturas,
    así como un menor consumo de electricidad.

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    SITUACIÓN PROPUESTA 2. NUEVO SISTEMA DE CONTROL DE PROCESO
    El sistema consiste en una red de controles mediante
    microcomputadoras instaladas en cada cuba; adquisidores
    portátiles de datos y un sistema de computación
    central. Esta capacidad ayuda a maximizar la eficiencia de
    corriente ajustando el control de la distancia
    ánodo/cátodo, la química del baño y
    la alimentación de alúmina. También controla
    el voltaje de operación de las cubas buscando un
    óptimo y bajo consumo de energía, reduce el
    promedio de efectos anódicos y con ello la emisión
    de gases asociados, y provee informes de datos. 3. REALIZAR
    BENCHMARKIN O ESTUDIOS COMPARATIVOS DE FISOLOSOFIAS DE
    CONTROL.

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    SITUACIÓN PROPUESTA MEDIDAS DE PROTECCIÓN DEL MEDIO
    AMBIENTE Unidad de Control Ambiental Esta unidad de control
    ambiental consta de: 1.Equipo de control mas un tablero
    gráfico 2. Un sistema de ductos de humos 3.Dos
    ventiladores 4.Dos motores 5.Un sistema transportador 6.Doce
    casas de filtros

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    SITUACIÓN PROPUESTA MEDIDAS DE PROTECCIÓN DEL MEDIO
    AMBIENTE Para que esta unidad de control cumpla a cabalidad su
    función es necesario cumplir con un buen hermetizado de
    celdas, ya que la absorción con alúmina de los
    gases fluorados, no solo permite controlar dichas emisiones; sino
    que condiciona un mejoramiento de la producción y
    productividad del Aluminio, al reinyectar al proceso, la
    alúmina enriquecida con Flúor retenida en las
    mangas filtrantes del sistema.

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    SITUACIÓN PROPUESTA MEDIDAS DE PROTECCIÓN DEL MEDIO
    AMBIENTE Monitoreo de la Calidad del Aire A fin de verificar la
    eficacia de los dispositivos e instalaciones de captación
    y tratamiento de las emisiones gaseosas, CVG ALCASA
    debería operar una red de monitoreo de la calidad del aire
    orientada a evaluar el impacto de las emisiones de gases
    perfluorocarbonados. Los gabinetes de monitoreo de la calidad de
    aire son equipos compuestos por burbujeadores con líquido
    absorbente que retiene el fluoruro que pueda contener el aire,
    una bomba de vacío para forzar la circulación de
    aire y un gasómetro para determinar el volumen de aire
    muestreado. A través de estos resultados monitoreados de
    calidad del aire se indicaran si se vulneran o no los niveles de
    calidad ambiental aplicable.

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    CONCLUSIONES 1. Se realizó un diagnóstico donde se
    pudo observar que por el efecto anódico se afecta el
    voltaje de celda y además se generan gases
    perfluorocarbonados cuando la concentración de
    alúmina cae por debajo de cierto nivel por falta de
    alimentación. 2. Se utilizaron gráficos de
    líneas con el fin de observar el comportamiento de los
    efectos anódicos a través de los años, es
    decir, desde el año 2005 al año 2008,
    obteniéndose como resultado lo siguiente: Para el
    año 2005 el efecto anódico se encontraba en una
    frecuencia de 0,57 y 0,81. Para el año 2006 se encontraba
    en una frecuencia de 0,55 y 0,83 Para el año 2007 se
    encontraba en una frecuencia de 0,70 y 0,46. Para el año
    2008 se encontraba en una frecuencia de 0,59 y 0,51.

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    CONCLUSIONES 4. Durante el proceso de efectos anódicos se
    generan gases perfluorocarbonados: el tetraflúormetano
    (CF4) y el hexaflúoretano (C2 F6), y los cuales son
    considerados como gases de efecto invernadero. 5 Línea III
    no cuenta con una tecnología que permita una
    alimentación directa a las celdas de reducción. 6.
    Línea III no cumplen con un hermetizado de celdas
    estricto, por lo que no permite el buen funcionamiento del
    sistema FLAKT.

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    RECOMENDACIONES 2. Mantener un mayor control de operación
    y mantenimiento. 3. Usar campanas que cubran las celdas
    completamente a fin de capturar gases para su evacuación y
    filtración. 4. El departamento de ingeniería
    industrial debe preocuparse por rediseñar el sistema
    mecánico de las tolvas de celdas ya que esta se encuentran
    deterioradas. 5. Exigir a la planta cumplir requisitos más
    estrictos de desempeño y registro, asociados a mejores
    tecnologías y técnicas disponibles. 1. Establecer
    un control automatizado del proceso de electrólisis a
    partir de bases de datos de las celdas activas y vigilancia
    continua de los parámetros de operación de la celda
    para disminuir el consumo energético y reducir el
    número y duración de los efectos de
    ánodos.

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    RECOMENDACIONES 6. Capacitar a sus empleados en el uso eficiente
    de los recursos disponibles y en el conocimiento de los efectos
    ambientales de cada una de las tareas y operaciones que ejecutan.
    7. Requerir estrictamente la instalación del Sistemas de
    Control Ambiental

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