Ventilação natural – Aluminium Dunkerque
Análise dos fluxos de ar e de calor na fábrica de alumínio de Dunquerque: modelação 3D e simulações CFD
O estudo incide sobre a otimização da colocação dos sistemas de ventilação da fábrica de alumínio de Dunquerque. Foram efectuadas simulações numéricas CFD para analisar os fluxos de fluidos e avaliar as condições aeroeléctricas e térmicas da instalação, a fim de formular recomendações precisas para otimizar a colocação dos sistemas de arejamento.
Dimensionamento da ventilação natural no âmbito da adição de um novo forno - Aluminium Dunkerque
Ano
2024
Cliente
Alumínio Dunkerque
Localização
França
Tipologia
Indústria
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Estudo sobre a colocação óptima dos respiradouros para melhorar o conforto térmico na fábrica de alumínio de Dunkerque
Avaliação da adequação do sistema de ventilação para apoiar a expansão da produção na fábrica de Aluminium Dunkerque
O estudo diz respeito ao posicionamento das aberturas de ventilação para melhorar o conforto térmico na fábrica de alumínio de Dunquerque, que dispõe de um sistema de arrefecimento por ventilação natural. A fábrica é composta por 7 fornos e uma linha de produção de lingotes e, para aumentar a capacidade de produção, está prevista a criação de um 8º forno. A temperatura destes fornos é da ordem dos 750°C, pelo que são gerados movimentos significativos de ar quente no interior da fábrica.
O pavilhão da fundição está equipado com 4 grandes respiradouros de carpinteiro, 13 respiradouros estáticos e persianas em algumas fachadas do edifício. O objetivo deste estudo será, portanto,determinar se o sistema de arejamento atual é suficiente para a adição de um 8º forno e , se não for, encontrar uma solução.
Medições preliminares para análise termo-aerodinâmica
Utilização de testes de fumo e medições de temperatura para avaliar a circulação de ar na fábrica
O objetivo da auditoria era recolher o máximo de informação possível sobre o funcionamento do local em termos de temperatura e movimento do ar. Para atingir este objetivo, foram utilizados vários testes e instrumentos de medição. O ensaio de fumo foi efectuado com uma máquina de fumo, que gerou uma grande quantidade de fumo no volume. Isto permitiu visualizar os macro movimentos das correntes de ar no interior do sítio.
Os fumos utilizados são inofensivos para o ambiente e são gerados a partir de um líquido não poluente à base de glicol e água. Foram realizados vídeos durante estes ensaios para analisar os fenómenos observados no local. Foi utilizado equipamento de medição da temperatura do ar, como sondas telescópicas calibradas, para medir a temperatura e a velocidade do ar no local. Os resultados dos ensaios de fumos revelaram que as correntes de ar na proximidade dos fornos são principalmente ascendentes.
Auditoria dos sistemas de fumo
Análise de imagens térmicas para identificar fontes de calor
As imagens térmicas foram depois utilizadas para destacar as principais fontes de fenómenos térmicos e as diferentes áreas de densidade térmica variável.
As temperaturas registadas foram comparadas com os resultados das simulações CFD para verificar a sua coerência.
A emissividade das várias superfícies foi tida em conta na estimativa das temperaturas.
Integração dos dados de auditoria para uma reprodução fiel da instalação nas simulações: Para uma otimização do ar e do calor
Todos os respiradouros , aberturas e passagens de ar no local foram identificados durante a auditoria. Isto permite reproduzir fielmente a instalação nas simulações, tendo em conta os planos fornecidos. Foram identificados quatro tipos de abertura, incluindo portas totalmente abertas, aberturas de fachada, aberturas de carpinteiro e aberturas estáticas. A auditoria permitiu igualmente identificar a geometria global da fundição e os diferentes volumes que afectam o fluxo de ar. Estas informações sobre as temperaturas, os movimentos do ar, as aberturas e a geometria do local são essenciais para compreender e reproduzir fielmente a planta nas simulações. Servirão igualmente de base para a formulação de recomendações destinadas a otimizar as condições aeroeléctricas e térmicas do local.
Análise meteorológica
Os dados climatológicos da estação meteorológica de Dunquerque são de importância vital para definir as condições climáticas exteriores necessárias ao estudo dos sistemas de ventilação da fábrica. As informações recolhidas incluem a velocidade e a direção do vento, bem como a temperatura mínima média no inverno e a temperatura máxima média no verão.
Além disso, são também tidos em conta os picos de temperatura mais extremos registados. Estes dados desempenham um papel crucial na adaptação das estratégias de ventilação e ar condicionado para garantir um conforto ótimo para os operadores das instalações durante todo o ano.
Simulação digital CFD das condições térmicas na fábrica
Criar um modelo digital
A Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) é um método numérico para estudar os fluxos de fluidos num determinado ambiente. Este método utiliza equações diferenciais parciais para resolver problemas de escoamento de fluidos, que são frequentemente intratáveis do ponto de vista analítico.
No contexto dos edifícios, um estudo CFD pode fornecer informações sobre as velocidades, pressões e temperaturas do ar nos espaços do edifício e à sua volta. Isto permite uma melhor compreensão do caudal de ar e das condições térmicas, especialmente ao conceber sistemas de ventilação e de ar condicionado.
As simulações CFD são particularmente úteis para otimizar o conforto interior, assegurando que os fluxos de ar são adequados e bem distribuídos, ajudando assim a melhorar a eficiência energética e o bem-estar dos ocupantes. A modelação geométrica é uma etapa essencial nas simulações CFD. Consiste em representar fielmente a geometria do local ou do edifício em estudo. Isto permite definir as condições de fronteira, tais como o tipo de paredes, as superfícies abertas ao exterior, os ganhos de calor internos, etc. A modelação geométrica permite igualmente simplificar o modelo, eliminando os elementos que não são pertinentes para o estudo aeroeléctrico e térmico, o que facilita a interpretação dos resultados.
Em resumo, as simulações CFD são utilizadas para estudar os fluxos de fluidos como parte do projeto de construção. Ajudam aotimizar o fluxo de ar e as condições térmicas, melhoramo conforto interior eoptimizam a eficiência energética. A modelação geométrica e a malha do modelo são passos fundamentais neste processo, tal como a definição das condições de fronteira e a utilização de modelos de turbulência adequados.
Resultados da simulação
Posicionamento estratégico dos sistemas de extração de ar: A chave para um desempenho ótimo do caudal de ar
Oobjetivo deste estudo era verificar se o local estava a funcionar corretamente em termos de caudal de ar após a adição do novo forno 8. Para o efeito, foram examinados vários cenários. O primeiro cenário era o cenário existente, utilizando os sistemas de extração de ar tal como estão atualmente instalados, com condições externas baseadas em análises meteorológicas. No entanto, os resultados mostraram um desequilíbrio na distribuição da temperatura entre os lados norte e sul do local, devido à ausência de um exaustor para o forno 8 e de um ventilador de carpinteiro. O segundo cenário incorporou estática adicional acima do forno 8. Os resultados mostraram que aadição destes arejadores permitia a remoção do ar carregado de calor mais rapidamente e de forma direccionada, melhorando assim o funcionamento aeraúlico do local.
A importância do posicionamento correto das aberturas de ventilação: uma estratégia para promover uma tiragem térmica eficiente e uma evacuação óptima do ar quente
Na sequência dos resultados do segundo cenário, foi estudado o terceiro cenário, que consiste no encerramento de uma leira considerada contraproducente. Este cenário mostrou que o fecho desta abertura favorecia a estratificação do ar quente, resultando numa melhor tiragem térmica e numa remoção mais eficiente do ar carregado de calor. Estes resultados demonstram a importância do posicionamento correto dos sistemas de extração de ar e das aberturas de ventilação para o bom funcionamento aeraúlico do local. As recomendações resultantes encorajam a adição de ventiladores específicos para facilitar uma remoção mais eficiente do ar carregado de calor, e o fecho de certas aberturas para promover uma estratificação óptima do ar quente.
Estudo da distribuição de poeiras e poluentes
No presente estudo, foram examinadas duas configurações para avaliar a eficácia da extração de poeiras no caso do forno 8 em modo de porta aberta. A primeira configuração era a configuração de base, enquanto a segunda configuração incluía a adição de arejadores estáticos e o fecho da ventela inadequada.
Impacto dos diferentes tipos de arejadores estáticos
As simulações incluíram então a instalação de um novo arejador de carpinteiro por cima do forno 8. Os resultados da simulação mostraram que o arejador de carpinteiro recentemente adicionado teve um impacto significativo nos fluxos de ar. O fluxo dirigido do forno 8 para as pequenas aberturas de carpinteiro já existentes desaparece.
Em termos de distribuição da temperatura, os resultados mostram uma distribuição semelhante à dos cenários anteriores, mas com uma clara descida da temperatura sob o telhado graças à presença do ventilador do carpinteiro.
A temperatura sob o teto graças àevacuação rápida do ar quente carregado de calorias pelo ventilador do carpinteiro. Os resultados mostram também que a taxa de extração total mantém-se praticamente constantecom um ligeiro aumento em comparação com a configuração atual. Estes resultados demonstram a eficácia do arejador de carpinteiro adicionado acima do forno 8 para evacuar rapidamente o ar quente e carregado de calorias. Esta modificação contribui assim para melhorar o fluxo de ar e as condições térmicas no edifício.
Estudo da radiação do forno
Impacto dos diferentes tipos de arejadores estáticos
O estudo radiativo como parte da análise termo-aerodinâmica de uma instalação proporciona uma melhor compreensão do impacto da radiação térmica, avalia a interação entre radiação e convecção e identifica áreas onde são necessários ajustes para otimizar as condições térmicas no interior da instalação. Isto melhora o conforto dos trabalhadores, evita problemas de sobreaquecimento eoptimiza a eficiência energética da fábrica.
Por conseguinte, foram efectuadas simulações para avaliar a transferência radiativa do forno 8 para as paredes circundantes em dois cenários diferentes. O primeiro cenário corresponde à configuração habitual em que o forno 8 está fechado. Os resultados mostraram que a fachada norte, a parede virada para o forno e o telhado inferior receberam fluxos radiativos significativos, com temperaturas máximas que atingiram cerca de 70°C. O segundo cenário diz respeito ao forno aberto 8 com uma temperatura interna de 500°C para ter em conta o arrefecimento do forno aberto. As mesmas zonas estão também sujeitas a um fluxo radiativo significativo, com temperaturas máximas de cerca de 75°C.
Estes resultados demonstram oimpacto significativo da transferência radiativa do forno 8 para as paredes circundantes. Destacam as zonas que recebem o maior fluxo radiativo, em particular a fachada norte, a parede virada para o forno 8 e o telhado inferior.
Resumo da análise térmico-ar da instalação
Análise das condições térmicas: Identificação das zonas de risco e recomendações para melhorar o conforto dos trabalhadores
A experiência da nossa empresa permitiu-nos encontrar soluções técnicas para acrescentar um novo forno à fábrica emelhorar o conforto térmico dos trabalhadores. As modificações efectuadas permitiram reduzir significativamente as temperaturas sob o telhado e nas zonas de trabalho, bem comomelhorar a ventilação, reduzindo o fluxo de ar quente para locais específicos.
Aanálise radiativa também identificou três áreas onde a transferência radiativa é mais intensa, o que pode representar um perigo para os trabalhadores. Estes resultados ajudam a melhorar a nossa compreensão dos fluxos de ar e das condições térmicas e permitem-nos formular recomendações para otimizar a ventilação, a temperatura e, de um modo mais geral, as condições de trabalho no local.
Resumo em vídeo do estudo
Resumo do estudo
O estudo centrou-se na colocação óptima das aberturas de ventilação para melhorar o conforto térmico na fábrica da Aluminium Dunkerque, que utiliza um sistema de arrefecimento por ventilação natural. O objetivo é determinar se o sistema de arejamento atual é suficiente para a adição de um 8º forno e, em caso afirmativo, propor soluções.
Foram efectuadas várias medições preliminares, tais como testes de fumo para observar os movimentos do ar, medições de temperatura e imagens térmicas para identificar fontes de calor. Estes dados foram utilizados para criar um modelo 3D da fábrica, no qual foram efectuadas simulações numéricas CFD.
As simulações CFD são utilizadas para estudar os fluxos de fluidos e simular as condições aeroeléctricas e térmicas da instalação. Os resultados mostraram que a adição de certos arejadores permitiria evacuar o ar quente mais rapidamente e de forma direccionada, melhorando assim o funcionamento aeraúlico do local.
Em conclusão, este estudo permitiu determinar a colocação óptima dos respiradouros para melhorar o conforto térmico na fábrica Aluminium Dunkerque, com vista a acrescentar um 8º forno. Os resultados das simulações CFD forneceram recomendações precisas para otimizar a eficiência energética e o bem-estar dos operadores da fábrica.
Resumo em vídeo da missão
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