Na nova rede de recolha de compostos orgânicos voláteis (COV), cada oficina será diretamente ligada a um coletor denominado “clarinete”, situado imediatamente antes do tanque de captação. Isto permitirá que o ponto de pressão neutra esteja localizado perto do clarinete de recolha de COV, facilitando o equilíbrio do fluxo de ar da rede.

À saída do clarinete, e antes de entrar no reservatório de recolha, haverá uma ligação equipada com um tubo de escape. Esta ligação permitirá que o fluxo de COV a tratar seja encaminhado para a atual instalação de tratamento de COV, que é uma sala de caldeiras, como solução de reserva se o oxidador térmico não for utilizado.

Uma entrada de ar de compensação no clarificador aumentará o caudal total para o caudal desejado, que corresponde ao caudal nominal de funcionamento do oxidador térmico considerado nesta fase do estudo. O fornecimento de ar ao reservatório de recolha será utilizado para manter o limite inferior de explosividade (LIE) abaixo do valor máximo autorizado pelo fornecedor do oxidante térmico.

Um segundo reservatório de recolha será colocado imediatamente antes do oxidador térmico para recolher os condensados presentes na última parte do coletor de COV.

Todos os dados relativos aos COV, salvo indicação em contrário, baseiam-se em medições efectuadas durante um período de 7 semanas.

Durante o estudo de viabilidade, foi efectuada uma análise das técnicas de tratamento de COV mais eficazes, tendo a escolha recaído sobre o Oxidador Térmico Regenerativo (RTO). A RTO é uma tecnologia utilizada para tratar os COV através da sua incineração a alta temperatura. O princípio de funcionamento do RTO é apresentado na figura seguinte.

Compostos orgânicos voláteis (COV)

Os compostos orgânicos voláteis (COV) são substâncias químicas à base de carbono que se vaporizam facilmente à temperatura ambiente. São geralmente produzidos por processos industriais, combustão de combustíveis fósseis, solventes, produtos de limpeza, tintas e cosméticos.

Os COV podem reagir com outras substâncias na atmosfera para formar ozono e partículas finas, conduzindo a problemas de qualidade do ar e de saúde pública. Alguns COV são também considerados poluentes orgânicos persistentes (POP) devido à sua natureza persistente e ao seu potencial de bioacumulação no ambiente.

Riscos de explosão e LEL

Definições das condições de fronteira

Os riscos de explosão associados aos compostos orgânicos voláteis (COV) estão principalmente ligados à sua inflamabilidade. Os COV têm um baixo ponto de ebulição, o que significa que se evaporam facilmente e podem formar misturas inflamáveis no ar. Quando estas misturas atingem uma concentração suficientemente elevada e está presente uma fonte de ignição, pode ocorrer uma explosão.

Alguns COV, como o etano, o propano e o butano, são particularmente inflamáveis e podem formar misturas explosivas mesmo em baixas concentrações no ar. Outros COV, como os solventes orgânicos, podem também representar um risco de explosão se estiverem presentes em grandes quantidades e se as condições forem propícias à formação de uma mistura inflamável.

Os COV podem também apresentar um risco de exceder os limites inferiores de explosividade (LIE). Os LIE correspondem às concentrações atmosféricas mínimas de COV necessárias para formar uma mistura explosiva. Se a concentração de COVs no ar exceder o LEL, o risco de explosão aumenta consideravelmente.

Diluição de COVs

A diluição do fluxo de compostos orgânicos voláteis (COV) pode ser considerada através da utilização de ar fresco quando os sensores de LIE detectam picos percentuais no limite inferior de explosividade (LIE). Foi feita uma estimativa inicial do caudal necessário para reduzir a percentagem de LIE.

As concentrações e os valores estimados do LIE para N=10 foram recalculados para diferentes caudais. A figura seguinte ilustra o impacto da diluição na percentagem de casos em que o LIE é superior a 17% e 25%.

Ao aumentar o caudal de 10.000 Nm3/h para 11.000 Nm3/h, os casos em que a percentagem de LIE excede 25% diminuem de 0,5% para 0,3%. Do mesmo modo, ao passar de 10 000 Nm3/h para 13 000 Nm3/h, o número de casos em que o LIE ultrapassa os 25% passa de 0,5% para 0,1%. Se o LIE exceder 17%, um caudal de 13 000 Nm3/h reduzirá o número de casos em que o LIE é excedido de cerca de 5% para 1%.

Modelação CFD da diluição de COV

Definições das condições de fronteira

Para resolver as equações diferenciais parciais, é necessário especificar as condições de fronteira para o cálculo. As condições de fronteira terão sido definidas com base em informações recolhidas junto da gestão do projeto. Os pontos de entrada do sistema serão modelados com exatidão. Cada ponto de descarga de ar será modelado individualmente (sujeito à convergência do modelo, ver método de cálculo).

Ao definir as condições de fronteira, a estabilidade do cálculo deve ser tida em conta: as equações são resolvidas de forma aproximada, em várias etapas, e é importante que nos aproximemos da solução em cada etapa (ver método de cálculo).

Para os sistemas, as condições de fronteira que dão o cálculo mais estável são :

uma entrada à qual é imposta uma velocidade ou um caudal;
uma saída à qual é aplicada uma pressão ou um caudal.

Estas são as condições de fronteira mais comuns aplicadas à resolução de estudos. A implementação de condições de fronteira específicas para o projeto será objeto de um estudo detalhado no início do trabalho. Em caso de não convergência do modelo, o EOLIOS adaptará/reduzirá a geometria, assegurando que todos os aspectos aeroeléctricos com impacto no estudo são tidos em conta.

Princípio da malha

Para os sistemas, as condições de fronteira que dão o cálculo mais estável são :

uma entrada à qual é imposta uma velocidade ou um caudal;
uma saída à qual é aplicada uma pressão ou um caudal.

A malha é gerada automaticamente a partir da geometria do modelo e das condições de fronteira, utilizando algoritmos que definem a solução de convergência óptima.

A malha produzida é de tipo híbrido. Os elementos deste tipo de malha são gerados de forma arbitrária, sem restrições na sua disposição, o que permite gerar geometrias complexas mantendo uma boa qualidade dos elementos. A malha gerada combina uma mistura de elementos de diferentes tipos, tetraédricos, prismáticos ou piramidais em 3D. Combina as vantagens das malhas estruturadas e não estruturadas.

Em cada um destes volumes, as equações de conservação são expressas sob a forma de equações algébricas. Este conjunto de volumes finitos é conhecido como a malha.

Modelação de compostos voláteis

Esta secção descreve o método utilizado para estudar a difusão de compostos voláteis, a fim de investigar a homogeneidade da mistura à saída.

Quando a concentração de partículas num meio varia de um ponto para outro, estas partículas deslocam-se de áreas onde a sua concentração é elevada para áreas onde a sua concentração é baixa: diz-se que as partículas se difundem no meio.

Para estudar o fenómeno da difusão dos COV, utilizamos um modelo CFD que nos dá resultados aproximados para as zonas mais afectadas.

O modelo de difusão baseia-se na lei de Fick e na caraterização da difusão de gases no ar por um coeficiente D. O coeficiente de difusão D depende da natureza das partículas que se difundem e do meio em que se movem. No ar, os gases não seguem a trajetória exacta do ar, mas difundem-se da fonte para o ar de acordo com as tendências aeraúlicas.

Simulação CFD de um tanque de recolha (COV)

Estudo das velocidades do ar

As figuras mostram os planos de velocidade em diferentes locais (à entrada do tanque de recolha, à saída do tanque de recolha, no ponto de medição e dois planos no interior do tanque de recolha). Estes planos ilustram uma distribuição não uniforme da velocidade, particularmente marcada à entrada do tanque de recolha e menos pronunciada no ponto de medição.

Estas variações não homogéneas de velocidade são atribuídas às curvas das condutas, que criam zonas de recirculação que se estendem por uma longa distância. Os circuitos de recirculação criados por estas curvas favorecem a mistura do fluxo.

Os mapas de velocidade no interior do reservatório de recolha revelam a presença de três zonas principais de recirculação (assinaladas a preto). A primeira zona de recirculação, situada ao longo do eixo do semi-tubo, é a maior das três zonas identificadas. A maior parte da mistura tem lugar nesta zona. Em geral, as amplitudes de velocidade no interior do tanque de recolha são relativamente baixas, o que é benéfico para uma mistura eficiente.

Estudo da diluição de COV

Os desenhos mostram a distribuição dos COV em vários locais, incluindo a entrada e a saída do tanque de recolha, a saída da primeira curva a jusante do tanque de recolha e o ponto de medição.

Graphique illustrant l'évolution extrême de la variable scalaire dans un catch tank, montrant les fluctuations et les tendances au cours du temps.

Estes planos mostram que a distribuição dos COV à saída do tanque de recolha é mais uniforme do que à entrada. A alteração do coeficiente de difusão a uma temperatura de 10°C melhora a homogeneidade da mistura à saída do reservatório de recolha. Inicialmente, a disparidade de concentração à entrada é de pelo menos 0,03 (ou seja, 3%), mas diminui para 0,016 (ou seja, 1,6%) à saída do tanque de recolha.

Ao passar pelas duas curvas, esta disparidade é ainda mais reduzida para 0,00035 (ou seja, 0,035%) no ponto de medição, como mostra a figura seguinte.