Oficina Industrial – México
Em poucas palavras :
O objetivo dos nossos engenheiros da EOLIOS, especialistas em modelização e mecânica dos fluidos, era estudar a forma de otimizar o conforto dos operadores ao longo de uma linha de produção, tendo em conta os condicionalismos do meio envolvente (temperatura e velocidade do ar ambiente, evacuação de fumos) e, em particular, os arcos.
O desafio de um projeto deste tipo consiste em controlar os fenómenos termo-aerodinâmicos específicos induzidos pelas várias fases de fabrico a muito alta temperatura na zona.
Neste contexto, os nossos engenheiros da EOLIOS utilizaram os estudos termo-aerodinâmicos CFD para examinar os diferentes princípios aeroeléctricos e térmicos que regem o movimento do ar na instalação, em função da configuração dos sistemas selecionados.
Oficina industrial
Ano
2023
Cliente
NC
Localização
México
Tipologia
Indústria
Continua a navegar :
Os nossos outros projectos :
Últimas notícias :
Dimensionamento da ventilação natural numa oficina industrial
Os nossos engenheiros da EOLIOS depararam-se com inúmeros constrangimentos devido às caraterísticas do local e da construção:
- as temperaturas radiantes das paredes, que têm um impacto importante no conforto térmico
- correntes de ar térmico dos processos de fabrico
- pressão do vento e resistência interna ao fluxo de ar vertical
- a localização e as caraterísticas de resistência ao escoamento das aberturas na envolvente
- o terreno local e a proteção imediata da estrutura do edifício contra o vento
- a presença de sistemas mecânicos que fazem circular o ar em torno dos elementos de produção, tornando complexa a conceção tradicional
Como o edifício não é climatizado, a única fonte de arrefecimento é o fornecimento de ar fresco através de correntes de ar naturais para os ventiladores estáticos do telhado ou através de ventilação forçada.
A melhoria do conforto térmico exige, portanto, um dimensionamento preciso das aberturas de ventilação natural.
Os nossos engenheiros deram resposta a uma variedade de problemas, incluindo :
- Evacuar os fumos e gases produzidos pelos arcos (nomeadamente pelos queimadores internos)
- Dimensiona a ventilação natural ou mecânica em relação à nova extensão do edifício da paletizadora.
- Propõe soluções para otimizar o conforto térmico e a qualidade do ar.
- Limita a infiltração de poeiras e mosquitos.
Problemas de poluição atmosférica específicos do seminário
A oficina de produção tem condicionalismos específicos ligados ao processo de ventilação natural.
A ventilação é utilizada de várias formas:
- Combate o sobreaquecimento para manter condições de trabalho aceitáveis e assegurar um funcionamento sem riscos humanos ou materiais
- Alimentação de ar para os diferentes ventiladores e sistemas de sopro das máquinas
Neste contexto, três fontes de poluição do ar exterior estão a causar dificuldades na gestão da ventilação:
- Área que contém moscas, mosquitos e outros insectos com um diâmetro próximo de um mm.
- Resíduos da combustão da cana-de-açúcar (cinzas) da ordem de um mm, provenientes da exploração dos campos da região.
São estes os resíduos mais frequentemente identificados nos sistemas de crivos de areia equipados com redes mosquiteiras duplas.
-
Poeiras finas provenientes do terreno circundante.
O clima seco, associado a sedimentos muito finos, faz com que as poeiras sejam naturalmente arrastadas pelo vento.
Este fenómeno é agravado pela presença de actividades neste terreno seco (tráfego de camiões, pisoteio, etc.) e pelas pedreiras da região.
Uma vez sopradas, as poeiras finas do local não voltam a cair e podem ser transportadas várias centenas de metros.
Auditoria ao fumo
O objetivo é avaliar os sistemas existentes, medir as condições de temperatura interior e caraterizar as principais condições térmicas e aeráulicas do espaço, a fim de elaborar uma avaliação das instalações existentes.
Na indústria, podemos realizar auditorias de fumos para calibrar as simulações digitais com os fenómenos reais.
Vídeos da auditoria ao fumo
A auditoria inclui, nomeadamente, a medição da temperatura e da velocidade do ar, a análise dos movimentos dos geradores de fumo, a produção de um vídeo e deum relatório de auditoria para dar feedback a todos os intervenientes.
Com base nas várias observações no local, serão feitas recomendações adicionais (utilização de ventiladores, portas de acesso às caves, etc.).
Esta página descreve o processo de auditoria e explica o nosso protocolo de auditoria.
Circulação de ar com outras salas em contacto com a oficina de produção
A oficina de produção é uma área onde o clima é gerido por ventilação natural.
Como tal, não está equipada com um sistema mecânico e a mistura de ar deve ser assegurada por uma transferência natural entre as entradas de ar na parte inferior e um extrator natural no telhado.
As equipas do local alertaram os nossos especialistas para a presença de poeiras e resíduos do aerador estático no chão da área de processo limpo.
A nossa análise evidenciou o facto de uma quantidade significativa de ar ser transferida para a zona de decoração e depois para a zona de embalagem.
Estas áreas estão equipadas com ventiladores de teto mecânicos , que contribuem para a pressão negativa em comparação com a área naturalmente ventilada.
Ventilação industrial natural
A ventilação natural (para pequenas diferenças de temperatura) é efectuada através de motores termo-aerodinâmicos com delta de pressão muito baixo.
A presença de barreiras de areia, que aumentam a queda de pressão nas entradas de ar, deixa o arejador estático como zona de transferência preferencial (orifício externo simples).
Neste contexto, a entrada de ar através do telhado é incentivada logo que um Fenwick passa em direção às instalações auxiliares.
>Quando as portas do Fenwick são abertas, o ar é aspirado através do ventilador de teto: velocidade do ar na porta 1,7 m/s (ou seja, uma transferência de cerca de 100 000 m3/h).
Neste contexto (edifício ligado por ventilação natural a edifícios com extracções mecânicas, acrescentando quedas de pressão significativas às entradas naturais). Os nossos engenheiros concluíram que não será possível operar este arejador estático de forma satisfatória com extração natural.
O aumento do número de entradas de ar permitiria limitar ligeiramente este fenómeno, mas a perda de carga através da areia parece demasiado grande para evitar que o edifício se despressurize mecanicamente por transferência de ar.
Conclusão da auditoria ao sítio
A oficina de produção sofre de problemas ligados à sua exposição ao sol e à presença de sistemas que libertam quantidades muito elevadas de calor.
As velocidades do ar são ligeiramente superiores às do edifício adjacente, dada a relação entre as aberturas e a dimensão do edifício.
Os sistemas também contribuem para o sobreaquecimento do espaço, libertando uma nuvem de ar sobreaquecido na entrada e na saída, que se dissipa na atmosfera.
São o principal motor do movimento do ar na zona.
Otimização do conforto termo-aerodinâmico
Modelação CFD de processos industriais
Incluímos as caraterísticas térmicas das paredes e do processo. Os valores incluídos no cálculo CFD são os valores simulados para o projeto.
Num modelo digital, os elementos são como estão descritos, e apenas como estão descritos.
Em termos de envolvente do edifício, isto leva muitas vezes a uma perfeição surrealista: os materiais são perfeitamente homogéneos e perfeitamente instalados.
As únicas pontes térmicas são as que estão descritas e, na melhor das hipóteses, é muito complicado, se não impossível, prever todas as pontes térmicas (as pontes térmicas estruturais e as ligadas ao sistema de fixação são geralmente tidas em conta; as pontes térmicas devidas a buracos ou passagens de rede não o são geralmente).
O principal desafio deste separador será, portanto, distinguir entre o valor alvo, resultante do desempenho dos materiais, e o valor simulado, que tem em conta as inevitáveis imperfeições da instalação.
Modelação CFD de sistemas de ventilação natural
Os protectores de areia são utilizados na maioria das aberturas de ar condicionado que transferem ar do exterior.
As telas de areia estão equipadas com redes mosquiteiras no interior.
No estudo CFD, a mesma areia foi modelada de forma a obter um caudal de ar equivalente sem condicionar o modelo numérico.
Modelo 3D CFD
O objetivo deste extrato de capítulo é apresentar o modelo 3D realizado para o estudo de base CFD. As caraterísticas específicas dos modelos CFD, ligadas à robustez do seu solucionador e à qualidade do modelo 3D, implicam que o modelo geométrico tenha sido completamente remodelado.
Foram efectuadas simplificações relacionadas com curvas, arestas, pontos e pequenos elementos.
O modelo CAD exterior produzido mostra a geometria do local sem a sua envolvente.
Foi produzido a partir das plantas de corte e do modelo revit do projeto.
O modelo foi concebido para ter em conta a transferência de ar e de calor no pavilhão.
Os nossos engenheiros da EOLIOS prestaram especial atenção à modelação dos sistemas industriais para garantir a máxima precisão.
Como os fornos são uma das principais fontes de libertação de calor, têm o maior impacto nos fenómenos termo-aerodinâmicos circundantes.
É importante ter em conta as máscaras aeraúlicas para poder descrever os diferentes movimentos do ar na zona.
Como descreves o conforto térmico em espaços quentes?
O conforto térmico é a satisfação de um indivíduo com as condições térmicas do seu ambiente.
Conforto térmico significa não quereres estar mais quente ou mais frio.
É subjectiva e, por conseguinte, depende das percepções individuais.
É influenciada pela atividade física, pelo vestuário e pelos níveis e flutuações das caraterísticas do ambiente térmico (temperatura do ar, radiação, contacto, humidade e velocidade do ar).
As zonas de conforto térmico adaptadas às velocidades do ar são apresentadas a laranja.
Estudo da distribuição da velocidade do ar
A primeira figura abaixo mostra os efeitos da mistura de volumes.
Os movimentos aeróbicos gerais da sala podem ser descritos em duas fases, induzidos pelas zonas de fornecimento de ar constituídas pelas barreiras de areia e depois pelas zonas de retorno.
Em termos simples, as diferenças de pressão são as forças motrizes das correntes de ar.
Por outras palavras, o ar flui de um espaço de alta pressão para um espaço de baixa pressão quando estas forças são maiores do que as perdas de carga (fricção).
Em AVAC, a circulação de ar é induzida por duas forças motrizes:
- A corrente de ar térmica ocorre quando uma diferença de temperatura provoca uma diferença de densidade entre duas massas de ar.
Este efeito é acentuado por uma maior altura no volume.
“O ar quente tende a subir. - A distribuição das pressões e depressões induzidas pelos sistemas AVAC no volume.
Neste caso, os sistemas de retorno têm muito pouca influência nas velocidades do ar no interior do edifício, uma vez que os movimentos do ar são regulados pelo aumento da temperatura nas zonas dos fornos.
Estudo da distribuição da velocidade do ar
As velocidades do ar não são coerentes com os objectivos de conforto para este tipo de atividade no verão.
As velocidades do ar de deslocamento são inferiores aos valores-alvo para o conforto térmico em ambientes quentes.
As velocidades de ar mais elevadas encontram-se na continuidade das secções de areia.
De facto, estas zonas são as principais entradas de ar no pavilhão.
Por outro lado, a simulação evidencia a presença de uma zona de baixa velocidade entre os arcos, o que poderia levar a um aumento da temperatura.
Estudo da distribuição da temperatura do ar
Na ausência de movimento, ou quando o movimento é lento e regular, o ar forma camadas de temperaturas homogéneas que se sobrepõem, estando o ar mais quente em contacto com o teto.
Estas secções evidenciam o fenómeno de estratificação explicado anteriormente.
A temperatura do ar no edifício é geralmente muito elevada, mesmo na parte inferior, onde a temperatura é bastante superior a 35°C.
Estudo de plumas térmicas sobreaquecidas
As vistas iso-superficiais das plumas térmicas podem ser utilizadas para identificar as diferentes fontes de calor e o seu impacto no modelo.
A baixa circulação de ar nos fornos, combinada com as suas altas temperaturas, resulta no aparecimento de zonas de alta temperatura.
A simulação mostra que o ar entre os fornos aumenta de temperatura e tende a passar por baixo do teto.
No entanto, uma vez sob o teto falso, o ar quente tem dificuldade em ser evacuado para o exterior.
Além disso, os resultados do estudo mostram que os exaustores de entrada dos fornos não permitem a extração de todo o ar carregado de calorias.
Este fenómeno deve-se principalmente a um subdimensionamento do fluxo de entrada.
Como o ar que sai do forno não é aspirado por um exaustor, tem tendência a fluir para o teto.
Este fenómeno contribui para o aumento da temperatura na sala.
Outro fenómeno não tido em conta, mas que pode ter um impacto na aeração da sala, é a inércia térmica dos produtos, que podem emitir calor para a zona quando saem do forno.
A chaminé de exaustão situada na parte de trás do forno, que utiliza a ventilação natural, não parece ser suficientemente eficaz para recuperar todo o calor.
Como se pode ver acima, o ar carregado de calorias que sai do forno tende a fluir para o teto, contribuindo para o aumento da temperatura.
No entanto, continua a funcionar em modo de extração (sem refluxo interno, que poderia ter sido causado pela colocação da sala sob pressão negativa).
Simulação CFD para a indústria
A simulação numérica oferece novas perspectivas aos fabricantes.
Permite prever uma multiplicidade de cenários e, por conseguinte, controlar todas as consequências imprevistas de uma má conceção.
No caso das instalações de produção, a modelização multifísica permite ter em conta todos os fenómenos que provocam fluxos de calor e de ar ao longo da linha de produção, desde o sobreaquecimento até ao conforto dos trabalhadores.
Graças aos seus servidores de cálculo, os modelos EOLIOS podem ser simulados na sua totalidade, com um elevado grau de precisão e num curto espaço de tempo.
Além disso, a experiência da EOLIOS em aerodinâmica geral, permite que a nossa equipa proponha soluções inovadoras e pertinentes, em caso de problemas de sobreaquecimento.
No entanto, a implementação de simulações CFD no teu processo de conceção significa recorrer a especialistas em mecânica dos fluidos, engenharia térmica e simulações numéricas, para garantir que não surjam problemas no futuro.
Os nossos engenheiros da EOLIOS têm uma grande experiência em auditorias, colocando diretamente em prática os seus conhecimentos para otimizar a resolução dos diferentes problemas.
Os seus equipamentos de ponta permitem-lhes efetuar medições diretas e distintas, garantindo uma avaliação do local, dos equipamentos e dos materiais e, se necessário, uma avaliação térmica, incluindo os sistemas, as perdas de calor e a climatização através dos sistemas.
