Reducción de los efectos anódicos en celdas electrolíticas para la producción del aluminio primario en CVG Alcasa
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.
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.
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
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.
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.
MARCO METODOLÓGICO Tipo de Estudio No Experimental
Aplicada Diseño de la Investigación Documental y de
Campo Descriptiva
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.
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.
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.
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
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
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.
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
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.
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.
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.
PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS Promedio de los Efectos
Anódicos del Año 2005 EFECTOS ANÓDICOS
AÑO 2005
PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS
PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS EFECTOS ANÓDICOS
AÑO 2006 Promedio de los Efectos Anódicos del
Año 2006
PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS EFECTOS ANÓDICOS
AÑO 2007 Promedio de los Efectos Anódicos del
Año 2007
PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS EFECTOS ANÓDICOS
AÑO 2008 Promedio de los Efectos Anódicos del
Año 2008
PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS COSTO ASOCIADO A LA
GENERACIÓN DE LOS EFECTOS ANÓDICOS Costo de Varas
Verde Costo de Mano de Obra
PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS Costo de Materia
Prima
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
PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS Proyección de la
Reducción del Consumo de Energía
PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS Costo del Consumo Extra de
Energía
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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