Dispositivo para la medición continua de la temperatura de las cubas de electrólisis de producción de aluminio

El objetivo de este proyecto es realizar un estudio sobre un sensor de temperatura capaz de medir de manera continua la temperatura de las cubas de electrólisis de aluminio de la fábrica de Rio Tinto Aluminium Pechiney situada en Saint-Jean-de-Maurienne.
La producción y gestión del aluminio son temas de actualidad a nivel mundial. De hecho, en el contexto climático actual, resulta urgente optimizar los procesos de producción de este metal ampliamente utilizado en todo el mundo.
El aluminio se produce mediante electrólisis, y durante este fenómeno resulta importante controlar la temperatura del baño electrolítico. Es necesario mantener una temperatura suficientemente alta para garantizar la fusión de la alúmina, pero no demasiado alta ya que se correría el riesgo de reducir el rendimiento de la reacción o de provocar la emisión de vapores tóxicos. Sin embargo, en la actualidad, la medición de la temperatura solo se puede realizar manualmente cada 32 horas por un operador.
Por lo tanto, parece importante desarrollar un sensor de temperatura completo capaz de medir la temperatura de manera continua, o al menos con mayor frecuencia. No obstante, el dispositivo elaborado debe ser capaz de soportar el entorno agresivo sobre la cuba, con temperaturas bastante altas y vapores tóxicos.
Una vez definidos claramente los objetivos y las limitaciones, este proyecto ha llevado al desarrollo de un pirómetro óptico protegido por una carcasa refrigerada por aire. Esta solución satisface las limitaciones de temperatura al colocar todos los elementos sensibles fuera de la cuba y conectarlos al resto del dispositivo mediante una fibra óptica. Se ha realizado una modelización numérica para confirmar el modelo desarrollado y determinar el caudal de aire necesario para la refrigeración por aire.

The aim of this project is to conduct a study on a temperature sensor capable of continuously measuring the temperature of the aluminium electrolysis tanks at the Rio Tinto Aluminium Pechiney factory in Saint-Jean-de Maurienne.
The production and management of aluminium are pressing global issues. Given the current climate context, it is crucial to optimize the production processes of this widely used metal.
Aluminium is produced by electrolysis, and it is important to control the temperature of the electrolytic bath during this process. A sufficiently high temperature must be maintained to ensure the fusion of alumina, but it should not be too high as it could lower the reaction yield of or result in the emission of toxic vapours. However, currently, temperature measurements can only be taken manually by an operator every 32 hours.
Therefore, it is important to develop a complete temperature sensor cable of continuously or at least more frequently measuring the temperature. However, the device must be able to withstand the harsh environment above the tank, which includes high temperatures and toxic vapours.
After clearly defining the objectives and constraints, this project led to the development of an optical pyrometer protected by an air-cooled housing. This solution satisfies the temperature constraints by placing all the sensitive elements outside the tank and connecting them to the rest of the device using an optical fiber. A numerical model has been performed to validate the developed model and the required air flow rate for air cooling.