Estudo da dispersão de poeiras – Laboratório de Geologia

A experiência da EOLIOS em simulação CFD (Computational Fluid Dynamics) permitiu-nos analisar os fenómenos de dispersão de partículas num laboratório de geologia. Utilizando uma modelação 3D realista e uma abordagem científica rigorosa, o estudo destacou as áreas de risco e avaliou a eficácia dos sistemas de captação existentes.
Esta abordagem ajudou a otimizar a segurança dos operadores e a obter melhorias duradouras na qualidade do ar num ambiente de trabalho exigente.

A EOLIOS é líder na simulação CFD aplicada a ambientes interiores complexos, com base em extensos resultados de campanhas de medição e numerosos estudos realizados em locais reais.

Preservar a saúde no coração dos laboratórios: um desafio crucial

O ar como vetor de risco em espaços confinados

Nos laboratórios de preparação paleontológica, a qualidade do ar ambiente desempenha um papel fundamental na proteção da saúde dos operadores. Por detrás das meticulosas manipulações científicas, muitas vezes efectuadas com ferramentas mecânicas ou pneumáticas, existe um fenómeno muito menos visível mas potencialmente perigoso: a difusão de poeiras finas provenientes de fósseis ou de matrizes rochosas.

Tal como nos ambientes hospitalares ou farmacêuticos, as zonas de preparação geológica estão associadas a necessidades de filtragem. As poeiras geradas pela libertação dos fósseis podem ser abrasivas, irritantes e mesmo tóxicas, consoante a sua composição. O controlo da sua dispersão é, portanto, imperativo, não só para garantir o conforto no trabalho, mas também para prevenir os riscos de saúde associados a uma exposição crónica.

Impactores, poeiras e propagação: um trio a ter em conta

No centro do processo de extração dos fósseis, as ferramentas utilizadas funcionam como poderosos vectores de suspensão das partículas. É o caso, nomeadamente, das canetas de percussão pneumáticas utilizadas para fragmentar suavemente a rocha em torno das amostras. Estas ferramentas geram um fluxo de ar de cerca de 1 m/s na saída, impulsionando mecanicamente as poeiras para o ambiente imediato.

Na ausência de uma captação eficaz na fonte, estas emissões podem dispersar-se livremente no volume da sala, atravessando o espaço de trabalho e atingindo as vias respiratórias dos utilizadores. Este problema é agravado pela presença de vários postos de trabalho a funcionar em simultâneo e pela geometria restritiva da sala, onde os fluxos de ar podem encontrar obstáculos ou criar circuitos de recirculação.

Perante esta configuração, os sistemas convencionais deextração montados na parede ou de renovação geral do ar ambiente revelam-se muitas vezes insuficientes. Torna-se então necessária uma abordagem direcionada e localizada.

Um estudo CFD para objetivar o desempenho e orientar as escolhas técnicas

É neste contexto que se insere o estudo realizado pela EOLIOS. Baseia-se na utilização da simulação numérica da mecânica dos fluidos (CFD) para analisar, quantificar e visualizar os fenómenos de dispersão das partículas no laboratório de geologia.

O objetivo desta modelização é duplo:

Validar o desempenho de captação da hotte existente, verificando se as velocidades faciais cumprem os requisitos regulamentares(norma EN 14175) e se o confinamento dos poluentes está sob controlo.
Avaliar a eficácia comparativa de várias configurações para controlar as poeiras geradas nos postos de trabalho: sem recolha móvel de poeiras, adição de braços de extração e instalação de proteção frontal.

Ao modelizar estes diferentes cenários e visualizar as trajectórias das partículas emitidas, o estudo permite identificar as zonas de risco, quantificar os volumes afectados pelas poeiras e orientar as escolhas técnicas para soluções comprovadas, pragmáticas e economicamente viáveis.

Compreender para proteger melhor: porquê utilizar a modelização CFD?

Simula para visualizar o invisível

A simulação numérica utilizando a mecânica dos fluidos (CFD) é atualmente uma ferramenta essencial para controlar ambientes interiores complexos. Num espaço fechado, como um laboratório de geologia, onde os fluxos de ar, os obstáculos físicos e as emissões de partículas interagem constantemente, só uma modelação tridimensional precisa pode proporcionar uma compreensão da dinâmica real do ar e das poeiras.

> Descobre mais: O que é a simulação CFD?

A abordagem desenvolvida pela EOLIOS baseia-se na modelação detalhada do laboratório de preparação paleontológica, incorporando a geometria do mobiliário, as caraterísticas técnicas dos equipamentos de ventilação e as fontes de emissão de partículas. A partir desta base, foram simulados cenários representativos, em estado estacionário, de modo a reproduzir numericamente os comportamentos defluxo e de dispersão observáveis em condições reais.

Análise pormenorizada dos sistemas de manutenção da qualidade do ar - Sorbonne

Uma comparação objetiva das soluções de captura

Um dos principais objectivos deste estudo era visualizar os diferentes cenários e verificar a conformidade com as normas em vigor:

A hotte em funcionamento nominal (caudal reduzido) e intensivo (caudal máximo), para validar a conformidade com as velocidades faciais regulamentares ea eficácia da contenção de poluentes.
Grelhas de extração montadas na parede, colocadas no fundo da sala, avaliadas quanto à sua capacidade de evacuar as partículas libertadas para oambiente geral.
Braços de sucção móveis, para avaliar a sua eficácia na fonte ao manusear fósseis.
A presença ou ausência de proteção frontal nos postos de trabalho, a fim de avaliar o seu papel na contenção local das poeiras projectadas.

A simulação CFD identifica as velocidades do ar, as concentrações de poeiras (utilizando um escalar de difusão) e as trajectórias de emissão em cada ponto da sala. Cada solução é analisada factualmente e quantificada.

Detetar áreas de risco para orientar melhorias

Para além das simples velocidades do ar, a modelização permite identificar áreas críticas: estagnação de poeiras, circuitos de recirculação, ascensão vertical ou difusão transversal. Estes fenómenos, muitas vezes invisíveis a olho nu, podem ser a fonte de contaminação secundária ou de recontaminação na ausência de um confinamento adequado.

Graças a esta abordagem, é possível anteciparfalhas na conceção ou na utilização e propor melhorias específicas: quer se trate de reposicionar os braços, de ajustar os caudais ou de acrescentar dispositivos passivos, como telas de proteção.

Mergulhar no coração do laboratório: um ambiente modelado com precisão

Modelação 3D fiel à realidade do terreno

A precisão dos resultados do CFD depende sobretudo da fidelidade do modelo digital. Para este estudo, a equipada EOLIOS reconstruiu em pormenor o laboratório de preparação paleontológica, utilizando desenhos DWG do local e fichas técnicas dos equipamentos fornecidos. Todos os elementos que influenciam os fluxos foram integrados: volumes, divisórias, mobiliário, superfícies de trabalho, sistemas de difusão e de extração.

Oambiente 3D obtido é uma representação realista do laboratório, de acordo com as condições de utilização actuais. Esta precisão permiteantecipar os fluxos de ar reais e as interações complexas entre as fontes de emissão, os obstáculos físicos e os sistemas de ventilação.

Integração completa do equipamento de captura

Todos os dispositivos de tratamento de ar da sala foram modelados:

A hotte, utilizada para a manipulação de alto risco, foi simulada em duas configurações representativas: fluxo reduzido com a janela fechada e fluxo máximo com a janela totalmente aberta, a fim de avaliar o seu desempenho em termos de confinamento.
Os difusores de ar montados no teto fornecem ar fresco. A sua conceção especial assegura uma difusão controlada, com uma perturbação mínima dos fluxos de ar locais.
Doze grelhas de extração murais, dispostas em dois níveis atrás dos postos de trabalho, ajudam aevacuar as partículas residuais do ambiente e compensam o facto de a hotte estar ou não activada.

Dois sistemas de sucção móveis com braços articulados foram posicionados o mais próximo possível dos fósseis. Desempenham um papel essencial na captação de fontes.

Por fim, para reproduzir fielmente o cenário de emissão, foi modelada ao nível dos fósseis, em cada posto de trabalho , uma caneta de striker que sopra continuamente a 1 m/s. Este dispositivo simula a libertação de poeiras durante o processamento mecânico das peças.

Metodologia rigorosa de simulação CFD

Foram utilizados escalares passivos para simular a concentração de partículas no ar, com iso-superfícies e planos de secção transversal para visualizar a dissipação ou a acumulação em função da configuração.

Os resultados das simulações CFD fornecem uma imagem precisa dos fenómenos de dispersão de partículas no laboratório. Cada configuração foi analisada em pormenor através de uma visualização cruzada (planos de velocidade, secções escalares, iso-superfícies e traços de corrente). O objetivo é identificar as zonas de risco, quantificar a eficácia dos sistemas de captura e orientar as escolhas técnicas para as soluções mais eficazes.

O que revela a simulação: trajectórias, velocidades, concentrações

Estado de referência sem proteção: difusão incontrolada de partículas

Na primeira configuração, o laboratório é apresentado sem qualquer sistema de extração móvel, equipado apenas com grelhas de extração montadas na parede. Esta situação corresponde aoestado original, antes da adição dos dispositivos de captura direcionada.

Os resultados mostram uma dissipação rápida e descontrolada das poeiras logo após a sua emissão. As partículas geradas ao nível dos fósseis (modeladas por um escalar passivo) propagam-se amplamente no espaço, atingindo rapidamente as zonas laterais e superiores, nomeadamente ao nível das faces dos operadores (planos a uma altura de 1,70 m).

A recirculação do ar ocorre na zona central do laboratório, alimentada pelainteração entre o ar fornecido pelos difusores e aarquitetura interna da sala. Estas zonas de estagnação favorecem aacumulação de partículas que permanecem em suspensão durante mais tempo.

As grelhas de extração montadas na parede, embora distribuídas por uma vasta área, têm uma eficácia limitada. Não capturam eficazmente as partículas logo que são emitidas. O resultado: a maioria dos poluentes segue trajectórias flutuantes e várias iso-superfícies com limiares críticos confirmam a contaminação persistente doar ambiente.

Adição de braços de sucção móveis: uma clara melhoria

A introdução de dois braços de aspiração móveis transforma radicalmente a paisagem aeraúlica do laboratório.

Assim que foram instalados por cima dos postos de trabalho, observou-se uma clara redução das concentrações de partículas nas secções escalares. As partículas são capturadas assim que são emitidas ou muito pouco tempo depois, limitando a sua difusão no espaço.

Os traços de corrente mostram que os fluxos são imediatamente dirigidos para os bocais de recolha. O percurso das partículas torna-se curto e controlado. Nos planos longitudinal e transversal, os escalares caem drasticamente, e as iso-superfícies críticas diminuem em torno das zonas de emissão.

No entanto, a eficácia depende da posição correta dos braços, que devem estar idealmente posicionados a algumas dezenas de centímetros do ponto de impacto das canetas de percussão. A sensibilidade ao posicionamento é significativa, e o desalinhamento pode reduzir drasticamente o desempenho.

Acrescentar uma proteção frontal à estação central: o fator determinante

Paraotimizar ainda maiso confinamento, foi adicionada uma proteção frontal ao posto de trabalho central, actuando como uma barreira física que complementa os sistemas de extração.

Oefeito combinado da cúpula móvel edo deflector frontal resulta numa melhoria significativa da contenção. As partículas não são apenas capturadas pelo braço, mas também aprisionadas pelo volume restrito definido pela partição. Oar viciado fica confinado à volta da mesa e já não se espalha pela atmosfera.

Os planos escalares a 1m70 revelam uma ausência virtual de partículas nas zonas de respiração. As concentrações são inferiores aos limites de deteção na maior parte da sala. As iso-superfícies tornam-se quase inexistentes e as pistas de corrente seguem trajectórias dirigidas exclusivamente para as zonas de extração.

Este sistema demonstra uma forte sinergia entre a captação mecânica e a estruturação física do espaço. A adição da proteção transforma o braço de aspiração num sistema confinado localmente, cujaeficiência é próxima da de um posto de trabalho encapsulado.

Análise transversal, iso-superfícies e traços de corrente

A riqueza da análise baseia-se numa combinação de representações gráficas que podem ser utilizadas para descrever o comportamento tanto dos fluxos como das partículas em suspensão:

As secções de velocidade mostram a dinâmica dos fluxos gerados pelos difusores, sistemas de recolha e aberturas.
As secções escalares, em projeção vertical e horizontal, mostram a distribuição espacial das concentrações de partículas.
As iso-superfícies identificam volumes problemáticos, onde o risco de contaminação é mais elevado.
Os traços de corrente, iniciados no ponto de emissão das partículas, ilustram o caminho seguido pelas partículas. Destacam as zonas de estagnação e os eventuais refluxos, bem como aeficácia da captura na presença de armas ou de proteção.

Esta abordagem integrada oferece um diagnóstico visual completo doambiente de trabalho. Não só valida os sistemas existentes, como também faz recomendações específicas sobre possíveis melhorias, como o posicionamento do equipamento, as taxas de ventilação ou a geometria dos postos de trabalho.

O que o estudo pode fazer: validar, ajustar e garantir um controlo sustentável das poeiras

CFD ao serviço da saúde dos operadores

Oestudo CFD realizado pela EOLIOS no laboratório de geologia fornece uma visão precisa e operacional dos fenómenos de poeira associados às operações de escavação de fósseis. Graças à modelização realista doambiente, dos equipamentos e das emissões de partículas, os resultados obtidos permitem validar os sistemas existentes, detetar os pontos fracos do sistema e propor adaptações práticas para melhorar a segurança dos operadores.

Este estudo ilustra o valor acrescentado da simulação digital na compreensão de ambientes de alto risco. Graças a uma abordagem rigorosa e a ferramentas de cálculo avançadas, é agora possível visualizar fenómenos invisíveis, como a dispersão de partículas, os fluxos de ar e as zonas de estagnação, e tomar medidas específicas.

O CFD é um verdadeiro instrumento de decisão. Não só permite a validação dos equipamentos, como também ajuda aantecipar falhas na disposição, dimensionamento ou utilização. Ao tornar os fluxos visíveis, transforma a prevenção em acções concretas.

Uma abordagem à prevenção e ao desempenho

Para além de umaanálise pontual, este estudo insere-se numa abordagem mais ampla da engenharia da saúde e do desempenho. Ao identificar as alavancas de melhoria, propor soluções simples e objetivar a sua eficácia, a simulação permiteotimizar os ambientes de trabalho, garantindo a segurança dos operadores.

Para os estabelecimentos científicos, industriais e hospitalares, está a tornar-se uma ferramenta estratégica: reduzir as poeiras na origem, controlar os fluxos e conceber espaços seguros adaptados às exigências do futuro.

A experiência da EOLIOS Ingénierie para melhorar a qualidade do ar e a segurança dos operadores em ambientes laboratoriais

O estudo realizado pela EOLIOS no laboratório de geologia ilustra a mais-valia da simulação CFD no controlo de ambientes sensíveis. Ao tornar visíveis fenómenos invisíveis, a equipa pôde demonstrar o impacto real das soluções de captação e orientar as escolhas técnicas para sistemas simultaneamente eficazes e pragmáticos.
Esta abordagem, no cruzamento da investigação científica e daengenharia aplicada, confirma a capacidade da EOLIOS em acompanhar os seus parceiros na procura de soluções à medida, que conciliem segurança, eficiência energética e conformidade regulamentar.
Graças a este estudo, o laboratório beneficia agora de um controlo optimizado das poeiras, garantindo um ambiente de trabalho mais saudável e sustentável para os seus operadores.

Descobre mais sobre este assunto:

> Projeto: Estudo das poeiras num laboratório

> Projeto: Aeraulics para uma sala limpa

Resumo do estudo

O estudo CFD realizado pela EOLIOS validou o desempenho da hotte de fumos existente e dos sistemas de extração do laboratório, comparando simultaneamente diferentes configurações de captação – desde a ausência de braços móveis até à adição de proteção frontal nos postos de trabalho. Os resultados evidenciaram as zonas de risco de recirculação e de acumulação e demonstraram a importância de um posicionamento preciso dos sistemas de extração para assegurar uma captação eficaz na fonte.
Com base nestas observações, foram propostas optimizações concretas, nomeadamente no que diz respeito aos caudais e à geometria dos postos de trabalho, que permitiram uma redução significativa das concentrações de poeiras nas zonas de respiração. Graças a este estudo, foi possívelavaliar objetivamente o desempenho do fluxo de ar, garantir a segurança a longo prazo do ambiente de trabalho e reforçar a prevenção dos riscos para a saúde dos operadores.