Estudo da ventilação natural – Siderurgia
Estudo termo-aerodinâmico de um estaleiro siderúrgico
Num ambiente industrial sujeito a elevadas emissões de calor e de poluentes, a ventilação natural mostra as suas limitações. Graças a uma análise que combina levantamentos no local e simulação CFD, a EOLIOS estudou o comportamento real dos fluxos de ar e propôs soluções concretas para otimizar a ventilação, melhorar o conforto térmico e a qualidade do ar nas zonas de produção.
Estudo da ventilação natural - Siderurgia
Ano
2025
Cliente
NC
Localização
Alemanha
Tipologia
Indústria
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Um desafio industrial: controlar o fluxo e a dissipação de calor
Um sítio industrial muito limitado
No coração de uma siderurgia que funciona 24 horas por dia, sujeita a temperaturas extremas e a emissões maciças de fumos metalúrgicos. Neste gigantesco pavilhão industrial, o calor gerado pelos conversores, pelas panelas de metal fundido e pelo vazamento contínuo exige uma gestão rigorosa dos fluxos de ar.
Os processos de transformação do ferro fundido em aço geram igualmente emissões significativas de poluentes atmosféricos, nomeadamente monóxido de carbono (CO), poeiras metálicas finas, bem como compostos de manganês, crómio, zinco e sílica cristalina. Estes fumos, muitas vezes invisíveis a olho nu, são tanto mais problemáticos quanto podem concentrar-se localmente na ausência de uma extração eficaz. Para além dos riscos deexposição crónica dos operadores, estes poluentes são regidos por limites de exposição profissional (LEO) rigorosos, o que exige um controlo rigoroso da qualidade do ar. Neste contexto, a ventilação desempenha um papel crucial na evacuação rápida dos gases nocivos e na diluição das partículas em suspensão, a fim de manter um ambiente de trabalho que respeite as exigências sanitárias e regulamentares.
Com temperaturas próximas dos 1.600°C e volumes de ar que se deslocam a um ritmo de várias dezenas de milhares de metros cúbicos por hora,a ventilação das instalações assenta num equilíbrio complexo entre a extração de fumos e o fornecimento de ar fresco. Qualquer perturbação neste sistema pode ter um impacto na qualidade do ar, na segurança dos operadores e naeficiência energética das instalações.
O processo de fabrico do aço e o seu impacto no ambiente aeraúlico
A produção de aço baseia-se numa série de processos industriais intensivos em energia, que geram grandes volumes de calor, gases e partículas. Embora cada instalação siderúrgica tenha as suas caraterísticas específicas, o princípio geral baseia-se nas seguintes fases:
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Os conversores são carregados com uma mistura de ferro fundido líquido (proveniente do alto-forno) e sucata reciclada.
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Injeção de oxigénio puro no banho de metal, permitindo que o excesso de carbono seja eliminado por oxidação, uma reação que liberta uma grande quantidade de calor e fumos metalúrgicos.
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A metalurgia secundária, que consiste em ajustar a composição química do aço através da adição de elementos de liga (crómio, manganês, níquel, etc.).
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Fundição contínua, em que o aço líquido é vertido em moldes e arrefecido gradualmente com água para formar placas sólidas.
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Corte e acabamento, eventualmente por plasma ou laser, de acordo com as especificações finais.
Vídeo - Campânula de extração para siderurgia
Cada fase contribui para uma produção localizada de calor e poluentes, frequentemente concentrada em torno de conversores, áreas de transferência de panelas, fundição contínua ou equipamento de deslagging. As temperaturas de trabalho podem ultrapassar os 1.600°C, gerando fluxos ascendentes de ar quente, emanações gasosas (CO, CO₂), partículas finas e poeiras metálicas. Estes fenómenos têm um impacto direto na estratificação térmica, no comportamento do fluxo de ar e na dispersão de poluentes.
A compreensão destes mecanismos é essencial para a conceção de um sistema de ventilação adequado, capaz de renovar o ar de forma eficiente, remover o excesso de calor e limitar a exposição do operador.
A qualidade do ar e o ambiente de trabalho
A produção gera poluentes complexos
O processo de produção de aço gera uma grande variedade de poluentes atmosféricos, como resultado direto das altas temperaturas e das reacções químicas que ocorrem nos conversores e durante os tratamentos metalúrgicos. Os principais compostos emitidos são :
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Monóxido de carbono (CO), produzido pela oxidação do carbono contido no ferro fundido,
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Poeiras metálicas finas e ultrafinas, compostas por ferro, crómio, manganês ou zinco,
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Fumos opacos provenientes de operações de remoção de escória, oxidação de placas e fundição,
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Gases quentes a temperaturas muito elevadas que perturbam a dinâmica do ar.
Estas substâncias, por vezes invisíveis à vista desarmada, podem acumular-se em grandes volumes ou dispersar-se lentamente se não for implementado um mecanismo de extração eficaz.
Limiares regulamentares rigorosos: VLEP
Os regulamentos impõem limites de exposição profissional (LEP ) para controlara exposição a substâncias perigosas. Estes limiares, expressos em mg/m³ ou ppm, destinam-se a limitar os efeitos a curto e longo prazo na saúde (problemas respiratórios, envenenamento, doenças crónicas, etc.).
Os compostos presentes no fumo, como o CO e as partículas metálicas, são estritamente regulamentados. Se estes limiares forem ultrapassados, devem ser tomadas medidas corretivas imediatas, como a captação da fonte, a ventilação localizada ou a utilização de equipamentos de proteção individual (EPI) adequados.
Impacto direto na saúde dos operadores
A exposição crónica a concentrações excessivamente elevadas de poluentes pode provocar patologias respiratórias, perturbações neurológicas e efeitos sistémicos. Entre os riscos reconhecidos na indústria siderúrgica:
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Bronquite crónica e irritação pulmonar associadas ao pó,
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O envenenamento por CO é muitas vezes insidioso,
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Os efeitos neurotóxicos da inalação prolongada de manganês.
O controlo da qualidade do ar interior é, por conseguinte, tanto uma questão de saúde pública como uma responsabilidade do operador.
Instrumentos de medição e avaliação: uma abordagem combinada
Durante a auditoria, foram efectuadas medições pontuais para identificar os poluentes, nomeadamente as partículas finas. No entanto, certas zonas, como as que se encontram debaixo do telhado ou perto de equipamentos, continuam inacessíveis.
Para completar o quadro, a EOLIOS implementou a modelação CFD escalar, reproduzindo virtualmente :
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Dispersão de poluentes gasosos e de partículas,
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Os efeitos da ventilação na sua diluição e extração,
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A localização das zonas de concentração críticas, em função do tipo de emissões e das condições de funcionamento.
Esta abordagem permiteidentificar áreas de risco que requerem acções corretivas específicas.
Apoio valioso para a estratégia de conformidade e ventilação
Todos os dados recolhidos, melhorados pela simulação CFD, constituem uma base sólida para apoiar os procedimentos regulamentares, em particular:
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Redigir ou atualizar o ficheiro ICPE,
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Adaptação do sítio às exigências da diretiva CMR,
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A definição de um plano de prevenção para os operadores expostos,
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Dimensiona os sistemas de ventilação, sejam eles naturais, mecânicos ou híbridos.
Ao fornecer resultados mensuráveis e comparáveis, esta abordagem permite a tomada de decisões informadas, em conformidade com os regulamentos e as restrições operacionais industriais.
Ventilação natural: um desafio permanente
Ao contrário de outros ambientes industriais, onde os sistemas de ventilação mecânica controlados asseguram a renovação do ar, este local baseia-se principalmente na ventilação natural. Este tipo de ventilação baseia-se em dois princípios físicos fundamentais: a diferença de temperatura entre o interior e o exterior (criando uma corrente de ar térmica vertical) e a pressão do vento nas fachadas dos edifícios.
Oar mais quente e mais leve tende naturalmente a subir e a sair pelas aberturas do telhado, enquanto oar mais frio entra pelas aberturas inferiores. Esta abordagem passiva, sem sistemas motorizados, tira o máximo partido das condições naturais para assegurar a renovação do ar.
Embora este modo de funcionamento seja robusto e económico, levanta uma série de problemas importantes num contexto industrial intensivo:
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Desconforto térmico para os operadores: quando os fluxos de ar são insuficientes, o calor acumula-se sob o telhado e irradia para as áreas de trabalho. Por outro lado, com ventos fortes, a velocidade do ar local pode tornar-se excessiva, criando stress térmico para o pessoal exposto.
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Falta de controlo e complexidade da conceção: ao contrário da ventilação mecânica, a ventilação natural não permite uma regulação precisa dos caudais de ar. A sua conceção deve prever o comportamento do fluxo de ar em função das estações do ano, dos ventos dominantes, da morfologia do edifício e das fontes internas de calor.
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Descarga de poluentes: fumos de decapagem, poeiras metálicas e gases do processo requerem uma extração eficaz. Sem um fluxo estruturado, estes poluentes podem estagnar ou ser redistribuídos para zonas sensíveis.
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Influência das condições climatéricas: o desempenho da ventilação natural depende muito doambiente exterior: direção e velocidade do vento, insolação, temperatura ambiente, etc.
Neste contexto, o objetivo é claro: compreender como o ar circula na fábrica e identificar as alavancas de melhoria para otimizar a ventilação, reduzir a exposição aos fumos e garantir um ambiente de trabalho mais seguro.
Ventilação mecânica adicional para captar o ar na fonte
Embora a ventilação natural contribua para a renovação geral do ar, não pode, por si só, garantir aevacuação rápida e localizada dos poluentes gerados nos postos de trabalho da produção.
É por isso que o local também conta com um sistema de ventilação mecânica direcionado, concebido para extrair as emissões críticas no seu ponto de origem.
Este princípio baseia-se na utilização de campânulas de extração, sensores ou dispositivos de recolha posicionados o mais próximo possível das fontes de emissão: conversores, fornos, panelas de sólidos, fundição contínua, zonas de decapagem, etc. Estes sistemas captam os fumos, os gases ou as partículas antes de se dispersarem no ambiente de trabalho, limitando a sua propagação pelo pavilhão.
A ventilação mecânica desempenha aqui um papel complementar essencial, nomeadamente nas zonas de maior concentração de poluentes. Também faz sentido do ponto de vista regulamentar, uma vez que permite manter as concentrações abaixo dos limiares VLEP (Valores Limite de Exposição Ocupacional).
No entanto, este tipo de instalação implica um certo número de limitações técnicas:
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Exige um dimensionamento preciso das taxas de extração em função da intensidade das emissões,
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A sua eficácia depende muito da configuração do equipamento e da proximidade dos sensores,
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Consome uma quantidade considerável de energia, razão pela qual é importante combiná-lade forma inteligente com a ventilação natural para conceber um sistema híbrido equilibrado que seja simultaneamente eficiente e económico.
O estudo realizado pela EOLIOS tem em conta esta dupla abordagem – natural e mecânica – para propor optimizações globais que respeitem os constrangimentos industriais, energéticos e sanitários do local.
Um estudo do desempenho do fluxo de ar
Para responder a estes desafios, a EOLIOS efectuou um estudo termo-aerodinâmico completo, combinando levantamentos no local e simulações digitais CFD. Esta análise permitiu :
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Mapeamento dos fluxos de ar no interior do pavilhão para compreender o movimento das massas de ar quente e dos poluentes,
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Identifica os pontos de entrada e saída de ar, bem como as zonas de estagnação do fumo,
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Avalia a eficácia dos arejadores estáticos e das grelhas para garantir uma renovação óptima do ar.
Graças a esta abordagem, a EOLIOS pode oferecer soluções concretas para melhorar a ventilação natural do local, apoiando-se no poder das simulações numéricas e na sua experiência em engenharia aeroespacial.
Imersão no local: A auditoria do caudal de ar em condições reais
Compreender os fluxos de ar para um melhor controlo
Antes de considerar qualquer otimização, é essencial compreender com precisão a forma como o ar circula no interior do local. Para isso, a EOLIOS aplicou uma metodologia rigorosa de auditoria aeráulica, combinando levantamentos no local e modelação digital. Durante vários dias, os engenheiros analisaram o comportamento das massas de ar e as interações entre a ventilação natural e as emissões industriais.
O objetivo da auditoria é obter uma visão completa e pormenorizada dos movimentos do ar, a fim deidentificar os pontos a melhorar na ventilação e na renovação do ar.
Metodologia de análise: identificar, testar, observar
Leituras de temperatura e velocidade do ar
A equipa da EOLIOS realizou uma campanha de medição detalhada em vários pontos estratégicos do local. Com a ajuda de um anemómetro calibrado, foram medidas as velocidades do ar nos pontos de entrada e saída do edifício, bem como nas salas de produção. Estes dados foram utilizados para quantificar os fluxos aeraúlicos e avaliar a intensidade da renovação natural do ar.
Ao mesmo tempo, foram efectuadas medições da temperatura do ar a diferentes alturas. Estas medições revelaram uma estratificação térmica acentuada, típica de ambientes com elevada produção de calor: o ar quente acumula-se nos níveis mais elevados, enquanto o ar mais frio permanece no solo. Estes gradientes verticais reflectem o movimento lento das massas de ar quente, que sobem naturalmente mas que, por vezes, ficam retidas sob o telhado na ausência de uma corrente de ar eficaz.
Esta análise detalhada permitiu-nosidentificar zonas de desconforto térmico e sectores mal ventilados, onde a extração natural é insuficiente.
Testes de fumo: visualizar o invisível
Uma das ferramentas mais reveladoras é autilização de testes de fumo, que permitem visualizar em tempo real a direção e a velocidade dos fluxos de ar.
A EOLIOS utilizou uma máquina de fumo frio adaptada ao meio industrial. Difundindo um fumo fino e leve em diferentes zonas, foi possível traçar o percurso do fluxo de ar, localizar as zonas de estagnação ou de recirculação e identificar as correntes predominantes.
Os resultados revelaram uma série de fenómenos dignos de nota:
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Circulação muito dinâmica em torno dos conversores, panelas cheias e zonas de fundição, onde a corrente de ar térmica é forte,
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Acumulação de fumo sob o telhado, indicando ventiladores mal dimensionados ou mal distribuídos,
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Forte influência das condições externas, nomeadamente da direção e intensidade do vento.
Vídeo - Testes de fumo na siderurgia
Estas observações visuais forneceram uma base valiosa para a modelação CFD, permitindo a validação dos pressupostos e oajustamento dos parâmetros de simulação.
Análise da troca de calor através de imagens de infravermelhos
O estudo térmico não se limita a medições pontuais: para uma visão global do equilíbrio térmico, a EOLIOS utilizouimagens de infravermelhos.
Utilizando uma câmara térmica de alta resolução, os engenheiros analisaram as superfícies dos equipamentos e das infra-estruturas que interagiam diretamente com o ar. Esta abordagem permitiu identificar :
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As principais fontes de calor (conversores, panelas de metal, fundição),
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Zonas naturais de dissipação de calor,
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Superfícies com elevada inércia térmica, onde o calor fica retido.
Estas medições foram essenciais para definir as condições de fronteira do modelo CFD. As temperaturas da superfície foram utilizadas para calibrar os fluxos de calor, garantindo uma simulação fiel ao comportamento real do local.
Os resultados confirmaram a necessidade de uma ventilação optimizada, capaz deeliminar o excesso de calor, assegurando simultaneamente uma renovação de ar suficiente para um ambiente de trabalho confortável e seguro.
Fotografia e imagem térmica da zona de formação de placas da máquina de vazamento contínuo
Observações iniciais: fluxos de ar a otimizar
Identificar e medir as aberturas de ventilação
A auditoria aeráulica identificou e caracterizou todas as aberturas do local: portas de serviço, aberturas laterais, ventiladores de teto estáticos e exaustores de poeiras. Cada abertura foi geo-referenciada e medida de modo a quantificar a sua contribuição para a renovação global do ar.
Foram efectuadas medições da velocidade do ar nas entradas e saídas destas aberturas, para determinar os fluxos efetivamente trocados. Esta caraterização revelou disparidades significativas: algumas entradas são muito utilizadas, enquanto outras são pouco activas, devido à sua posição ou à ausência de diferencial de pressão.
Em particular, as portas expostas ao vento dominante apresentavam velocidades de ar elevadas, gerando correntes de ar que eram localmente desconfortáveis para os operadores. Estas observações sublinham a necessidade de uma distribuição mais homogénea das aberturas, mas também de uma regulação mais fina para limitar os efeitos indesejáveis no conforto térmico do posto de trabalho.
Mapeamento das correntes de ar e das zonas de estagnação do fumo
Os inquéritos e os testes de fumo permitiram um mapeamento detalhado dos fluxos de ar nas salas de produção. Isto revelou uma série de zonas de estagnação, onde o ar muda mais lentamente e o fumo tende a acumular-se.
Uma área de particular preocupação é o espaço sob o telhado, onde o calor e o fumo dos processos industriais se concentram sem serem evacuados de forma eficiente. Este fenómeno é agravado pela estratificação térmica, que impede oar fresco de chegar às zonas mais quentes.
Vídeo - Testes de fumo na siderurgia
Análise das interações entre o processo industrial e os fluxos de ar
O estudo confirmou ogrande impacto dos processos de fabrico na dinâmica do fluxo de ar. As transferências de metal fundido, as sequências de deslagging e as operações de fundição contínua geram elevadas emissões de calor e de fumos, modificando profundamente os fluxos de ar.
Estes fenómenos devem ser tidos em conta na conceção dos sistemas de ventilação natural, a fim de facilitar a evacuação dos fumos e reduzir a exposição dos operadores aos poluentes.
Compreender e modelizar : O poder das simulações CFD
Da observação ao modelo: reproduzir fielmente a realidade industrial
Aauditoria aeraúlica permitiu-nos recolher uma grande quantidade de dados sobre os movimentos do ar, as temperaturas e as zonas de estagnação do fumo. Para transformar estas observações em recomendações concretas, a EOLIOS apoia-se numa ferramenta fundamental: a simulação CFD (Computational Fluid Dynamics). Esta abordagem permite reproduzir numericamente o comportamento do ar e do calor, com uma precisão inigualável em ambientes industriais.
A primeira fase consistiu na modelação 3D de todo o terreno. Os engenheiros da EOLIOS utilizaram levantamentos de solo, plantas do cliente eimagens de satélite para reconstruir um modelo geométrico completo, incluindo os galpões de produção e seus arredores imediatos.
Este modelo foi concebido de forma a preservar a complexidade aeraúlica do local: todas as estruturas que influenciam os fluxos de ar (paredes, aberturas, estruturas, equipamentos, ventiladores, etc.) foram integradas fielmente, enquanto os elementos secundários foram simplificados para otimizar a potência informática.
As fontes de calor internas foram também cuidadosamente modelizadas. Cada equipamento com um elevado consumo de calor (conversores, bolsas, placas, secadores, etc.) foi parametrizado com base nas temperaturas de superfície medidas no local. Este trabalho de precisão permite-nos reproduzir os efeitos das correntes de ar térmico e a dinâmica da subida do ar quente, indispensáveis à ventilação natural.
Por fim, os sistemas de ventilação existentes (grelhas, ventiladores, exaustores) foram incorporados como condições de fronteira, com caudais ou velocidades retirados da auditoria. Este modelo pode ser utilizado não só paraavaliar o desempenho atual do sistema, mas também para testar virtualmente diferentes configurações para orientar as escolhas de conceção.
Simulação de fluxos para prever, comparar e otimizar
Uma vez construído o modelo 3D, pode iniciar a fase de simulação. O EOLIOS utiliza uma abordagem numérica baseada no método dos elementos finitos para resolver as equações que regem o movimento do ar e a troca de calor no volume simulado. Para este estudo, foi gerada uma malha híbrida 3D muito fina, com refinamento específico em torno de áreas de calor intenso e aberturas.
Uma primeira série de cálculos foi efectuada em condições de estado estacionário, modelando as condições nominais de funcionamento observadas durante a auditoria. Este cenário foi utilizado para validar o desempenho do sistema de ventilação natural existente e paraidentificar as áreas críticas a melhorar.
As simulações evidenciaram vários fenómenos importantes:
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Subida rápida das massas de ar quente ao nível dos conversores e secadores, com velocidades verticais elevadas,
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Áreas de estagnação térmica sob o telhado, particularmente em torno de equipamentos que tenham sido desligados,
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Extração de fumos insuficiente em algumas zonas, devido a correntes de ar térmicas defic ientes ou a uma disposição inadequada das aberturas.
Estes resultados permitiram elaborar um mapa detalhado dos fluxos aéreos, pondo em evidência os desequilíbrios de renovação entre sectores.
Vídeo - Temperatura da isosuperfície - Fundição contínua (interior)
Uma das grandes vantagens da simulação é o facto de permitir o acesso a dados inacessíveis através da medição direta, nomeadamente :
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Flui através de aberturas no telhado, que não podem ser instrumentadas com segurança,
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As velocidades do ar acima do equipamento a mais de 1.200°C são muito complexas de instrumentar no local.
Esta informação é crucial para validar o equilíbrio aeráulico, aperfeiçoar as recomendações e garantir uma análise completa do comportamento do fluxo de ar em todo o local.
Para além dos cálculos estacionários, certas zonas críticas foram submetidas a uma análise dinâmica em condições transientes, a fim de compreender melhor a evolução dos fluxos e a dispersão dos poluentes ao longo do tempo. Esta abordagem permite visualizar o percurso real do ar e dos poluentes, em função das actividades industriais, das aberturas disponíveis e das condições meteorológicas. Utilizando traçadores escalares ou linhas de emissividade (LÉS), estas visualizações permitemantecipar os picos de exposição, os tempos de residência dos fumos e as zonas de recirculação prolongada.
Vídeo - Aciaria Isosuperfície de Temperatura
Explorar cenários para orientar as escolhas de conceção
Para além da observação inicial, uma das principais vantagens da simulação CFD é o facto de permitir a exploração rápida de cenários de melhoria, testando virtualmente diferentes modificações ao sistema de ventilação sem perturbar o funcionamento real.
Com isto em mente, a EOLIOS simulou várias configurações alternativas, utilizando :
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Abre ou fecha as aberturas de ventilação existentes,
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Aadição de arejadores suplementares,
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Altera o seu posicionamento ou orientação.
Para garantir a robustez das soluções testadas, as simulações não se limitaram às condições climatéricas observadas durante a auditoria, mas incluíram vários cenários extremos:
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Uma situação crítica de verão, com um gradiente térmico baixo e temperaturas exteriores elevadas,
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Um cenário invernal desfavorável, com um vento frio que se opõe à corrente de ar natural, com um impacto importante na evacuação dos fumos.
As cargas térmicas e poluentes variáveis também foram tidas em conta:
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Uma situação nominal, com uma distribuição normalizada das emissões,
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Uma situação desfavorável máxima, em que todos os processos emissivos estão activos em simultâneo, criando uma acumulação crítica de calor e de poluentes.
Vídeos - Isosuperfície de temperatura sem vento / com vento
Estas simulações permitiram-nosidentificar as configurações de ventilação mais eficientes, destacando as principais alavancas de otimização.
As soluções eficazes incluem :
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Reabrir as aberturas de ventilação nas fachadas expostas ao vento dominante, para permitir a entrada de ar fresco,
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Aadição orientada de ventiladores estáticos de telhado, particularmente em áreas de estagnação térmica,
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Melhor distribuição das aberturas entre os corredores, para uma ventilação mais homogénea sem sobrepressão localizada.
Graças a estes testes, foi possível quantificar com precisão os benefícios esperados:
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Aumento das taxas de extração,
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Reduz a temperatura ambiente,
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Melhora o conforto térmico,
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Reduz o tempo de permanência dos poluentes.
Os resultados podem ser utilizados sob a forma de mapas de temperatura, velocidades do ar, linhas de fluxo ou balanços comparativos. Fornecem a justificação técnica para as escolhas de conceção, assegurando simultaneamente um desempenho optimizado em todas as condições de funcionamento.
Um instrumento de decisão e uma alavanca para a eficiência energética
A utilização da simulação CFD neste contexto industrial permite não só compreender o funcionamento atual da instalação, mas também projetar a sua evolução e o seu potencial de melhoria. Trata-se de um instrumento de decisão precioso para os operadores, os gabinetes de projeto e os responsáveis pela segurança.
Ao identificar com precisão as zonas críticas, as anomalias do fluxo de ar e as oportunidades de otimização, o CFD torna possível :
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Melhora a segurança dos operadores, assegurando uma rápida renovação do ar em zonas com elevadas emissões poluentes,
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Melhora o conforto térmico reduzindo as diferenças de temperatura e limitando o sobreaquecimento,
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Reduzir a pegada energética do local, optimizando a ventilação natural para evitar a necessidade de sistemas mecânicos dispendiosos.
A abordagem da EOLIOS, baseada em levantamentos de campo precisos, modelação rigorosa e interpretação especializada dos resultados, permite-nos propor soluções concretas adaptadas a cada configuração de local. É esta sinergia entre o conhecimento do terreno e a simulação digital que constitui a força dos estudos aeroeléctricos realizados pela EOLIOS em ambientes industriais complexos.
Rumo a uma ventilação de alto desempenho adaptada aos desafios industriais
Um mapa completo para compreender e agir
Uma das grandes vantagens da simulação CFD é a sua capacidade de visualizar com precisão os movimentos do ar num ambiente industrial complexo. Graças aos cálculos realizados, a EOLIOS pôde elaborar um mapa detalhado dos fluxos de ar, das linhas de fluxo, das zonas de estagnação e das taxas de fluxo em todo o volume estudado.
As zonas de elevada tiragem térmica, perto de conversores, bolsas cheias ou lajes quentes, resultam em subidas rápidas de ar quente, que é parcialmente canalizado para as aberturas do telhado. No entanto, foram identificadas várias zonas críticas:
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Estratificação térmica sob o teto, particularmente acentuada em pavilhões mal ventilados, onde o ar quente se acumula sem ser eficazmente evacuado,
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Zonas de recirculação, particularmente em cantos ou áreas afastadas do fluxo principal, ondeo ar viciado pode estagnar,
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Existe um desequilíbrio na ventilação entre os pavilhões, com alguns a beneficiarem de taxas de fluxo de ar elevadas, enquanto outros permanecem com um fornecimento insuficiente de ar fresco.
Estas observações permitiram identificar os disfuncionamentos do sistema atual e medir o seu impacto na qualidade do ar e no conforto térmico.
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Estratificação térmica sob o teto, particularmente acentuada em pavilhões mal ventilados, onde o ar quente se acumula sem ser eficazmente evacuado,
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Zonas de recirculação, particularmente em cantos ou áreas afastadas do fluxo principal, ondeo ar viciado pode estagnar,
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Existe um desequilíbrio na ventilação entre os pavilhões, com alguns a beneficiarem de taxas de fluxo de ar elevadas, enquanto outros permanecem com um fornecimento insuficiente de ar fresco.
Estudos de cenários: carga máxima, condições extremas
Para garantir a robustez das soluções previstas, as simulações foram alargadas com o estudo de vários cenários desfavoráveis, ultrapassando as condições nominais observadas durante a auditoria:
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Cenários climáticos extremos, com ventos muito fracos no verão, limitando a tiragem natural, ou ventos violentos no inverno, que podem gerar desequilíbrios de pressão no edifício,
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Cenários de carga máxima de calor e poluentes, modelando uma situação em que todos os processos emissivos (fundição, conversores, panelas cheias, etc.) estão activos simultaneamente, gerando uma acumulação crítica de calor e poluentes.
Embora se trate de situações pontuais, permitem-nos testar a resiliência do sistema de ventilação e dimensionar as aberturas de modo a garantir uma renovação mínima do ar em todas as circunstâncias.
Otimização dos sistemas de ventilação: soluções práticas
Com base nestas análises, a EOLIOS testou e comparou vários cenários de otimização, ajustando virtualmente os sistemas de ventilação:
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Reabrir as grelhas inactivas ou pouco utilizadas nas fachadas expostas ao vento dominante,
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Adição de arejadores estáticos nas zonas de estagnação,
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Distribuição mais homogénea das aberturas entre as diferentes salas,
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Recalibração de certas extracções mecânicas ou sistemas de captação de fontes.
Um dos cenários mais eficazes foi aumentar a área de entrada de ar nas fachadas a barlavento e instalar novas aberturas no telhado. Esta configuração permitiu :
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Aumento significativo dos fluxos de ar extraído em zonas-chave,
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Uma descida significativa da temperatura ambiente nas zonas de trabalho,
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Uma redução significativa do tempo de permanência dos poluentes nos espaços interiores.
Estes resultados mostram que uma ação orientada para as aberturas pode transformar o comportamento aeroeléctrico de um sítio, sem grandes investimentos nem grandes perturbações da produção.
Qualidade do ar e controlo dos poluentes: uma questão de saúde
O estudo permitiu igualmente caraterizar a qualidade do ar interior eprever a exposição dos operadores aos diferentes poluentes gerados pelo processo de fabrico do aço. Estes incluem :
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Monóxido de carbono (CO),
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Poeiras metálicas finas e ultrafinas (manganês, crómio, zinco),
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Fumos provenientes da remoção de escória, daoxidação de placas e da metalurgia secundária.
Estes poluentes são regidos por valores-limite de exposição profissional (VLEO), que impõem limites de concentração rigorosos no ar. A simulação incluiu estudos escalares CFD, reproduzindo a dispersão dos poluentes de acordo com vários cenários de ventilação.
Os resultados evidenciaram :
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Áreas de elevada concentração sob telhados e perto de processos activos,
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Dispersão lenta dos poluentes se a ventilação natural for insuficiente,
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Risco de exposição localizada para os operadores próximos das fontes.
Estas análises foram cruzadas com os resultados da auditoria e com as referências regulamentares, a fim de determinar a necessidade de proteção individual (EPI), a necessidade de captação de fontes e de reforços de ventilação orientados em certas zonas.
Estes elementos também fornecem um apoio inestimável para uma instalação do ICPE ou um dossier de conformidade, se necessário.
Para uma estratégia de ventilação industrial controlada
Combinando dados de campo, simulações numéricas e requisitos de segurança, a EOLIOS pôde propor uma estratégia global de ventilação perfeitamente adaptada às caraterísticas específicas do local:
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Uma arquitetura de ventilação natural optimizada, explorando as correntes de ar térmico e os ventos dominantes,
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Reequilíbrio dos fluxos de ar entre as diferentes zonas de produção,
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Uma redução mensurável das temperaturas e das concentrações de poluentes,
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Melhor proteção dos operadores, em conformidade com o VLEP e as normas em vigor.
Esta estratégia pode ser implementada gradualmente, através de acções simples e pragmáticas, para construir um sistema de ventilação que seja robusto, sustentável e compatível com o desenvolvimento futuro do local.
Resumo em vídeo do estudo
Resumo do estudo
Num ambiente industrial sujeito a elevadas emissões de calor e de poluentes, a ventilação natural mostra as suas limitações. Graças a uma análise que combina levantamentos no local e simulação CFD, a EOLIOS estudou o comportamento real dos fluxos de ar e propôs soluções concretas para otimizar a ventilação, melhorar o conforto térmico e a qualidade do ar nas zonas de produção.
Resumo em vídeo da missão
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