Estudo numérico-computacional de fenômenos térmicos em sistemas industriais de redução de alumínio

Abstract

No processo de extração de alumínio, para obtenção de alumínio primário, é necessária a redução eletroquímica da alumina, realizada em sistemas denominados cubas Hall-Héroult. Para tanto, cubas são conectadas em série e uma corrente elétrica é transmitida através destas. Devido à resistência elétrica dos componentes que transmitem a corrente, calor é gerado por efeito Joule, o que representa uma fonte de calor considerável no interior do sistema. Para manter o processo de maneira eficiente, é necessário controlar as temperaturas no interior do sistema, mantendo um calor dissipado em valores que ao mesmo tempo favorecem o processo eletrolítico e não causam danos aos materiais da estrutura. É importante ressaltar que não basta empregar o material com as características mais isolantes, porque, apesar de aumentar a capacidade produtiva, temperaturas muito elevadas podem danificar os materiais internos. O estudo apresentado teve por objetivo modelar, utilizando programa de análise numérica por elementos finitos, o sistema de redução e estudar a influência de diferentes materiais isolantes no campo de temperaturas no interior de uma cuba.

No processo de extração de alumínio, para obtenção de alumínio primário, é necessária a redução eletroquímica da alumina, realizada em sistemas denominados cubas Hall-Héroult. Para tanto, cubas são conectadas em série e uma corrente elétrica é transmitida através destas. Devido à resistência elétrica dos componentes que transmitem a corrente, calor é gerado por efeito Joule, o que representa uma fonte de calor considerável no interior do sistema. Para manter o processo de maneira eficiente, é necessário controlar as temperaturas no interior do sistema, mantendo um calor dissipado em valores que ao mesmo tempo favorecem o processo eletrolítico e não causam danos aos materiais da estrutura. É importante ressaltar que não basta empregar o material com as características mais isolantes, porque, apesar de aumentar a capacidade produtiva, temperaturas muito elevadas podem danificar os materiais internos. O estudo apresentado teve por objetivo modelar, utilizando programa de análise numérica por elementos finitos, o sistema de redução e estudar a influência de diferentes materiais isolantes no campo de temperaturas no interior de uma cuba.