Estudio CFD de los efectos aeráulicos en una cristalería.

Creación del gemelo digital

Para este estudio, la totalidad del emplazamiento de Veauche se reprodujo con un programa 3D. La reproducción 3D del emplazamiento da lugar a un gemelo digital. Para que el estudio CFD sea correcto, reproduce fielmente el conjunto de los volúmenes de aire, la arquitectura del edificio así como los hornos y las máquinas IS.

Además, los resultados tienen en cuenta numerosos fenómenos físicos como las temperaturas radiantes de las paredes, el tiro térmico procedente de los procesos de fabricación, la presión del viento, la ubicación y las características de las resistencias al flujo del aire, así como la presencia de sistemas mecánicos que remueven el aire.

La creación de un gemelo digital muy detallado nos permite realizar cálculos de gran precisión y así identificar rápidamente posibles problemas térmicos. Analizando estos resultados desde una perspectiva global o local, podemos prever posibles problemas y elaborar soluciones innovadoras que se adaptan a las diferentes complicaciones identificadas.

Descripción de las máquinas IS

Las máquinas IS son máquinas para el conformado del vidrio. Al principio, la máquina se alimenta de vidrio desde el antecrisol por un canal de distribución llamado feeder. La función del feeder es llevar el vidrio al distribuidor a la temperatura requerida por la máquina de conformado, asegurando al mismo tiempo la homogeneidad de la temperatura en toda la sección del vidrio.

Dadas las muy altas temperaturas que intervienen en estas máquinas, constituyen un punto esencial del estudio al igual que los hornos. EOLIOS se propone estudiar los flujos termo-aeráulicos alrededor de estas máquinas teniendo en cuenta la ventilación natural asegurada por pozos aeráulicos y el desprendimiento calorífico del vidrio. Como estas máquinas están en contacto con los operarios, hay que ser vigilante en cuanto al respeto de sus condiciones de trabajo.

Principales resultados obtenidos

Durante las simulaciones CFD, el equipo de EOLIOS se centró en la ventilación natural de la cristalería así como en las temperaturas en el interior de la fábrica. En un primer momento, EOLIOS pudo detectar que el linternón de cubierta estaba en sobrecalentamiento con temperaturas del orden de 50 °C. Es por tanto necesario que este disponga de lamas en la parte alta con el fin de limitar el estancamiento del aire caliente.

Este análisis también permitió poner en evidencia el motor principal de los movimientos de aire en el volumen del edificio. En efecto, la creación de calor por el proceso a la altura del horno y de las máquinas IS calienta las masas de aire que son entonces puestas en movimiento por tiro térmico (efecto chimenea) y por la ventilación de los procesos.

A continuación, el estudio abordó el caso de los flujos termo-aeráulicos de las máquinas IS. En la configuración actual del edificio, ante la ausencia de aberturas naturales, esto no parece óptimo. También se realizó un estudio sobre la difusión de contaminantes para verificar que la extracción de los humos de grasa de las máquinas IS se efectúa correctamente; esta se consideró conforme a las normas de seguridad.

Las ventajas de la simulación CFD para las cristalerías

La simulación numérica ofrece nuevas perspectivas para las oficinas de diseño. Permite prever un gran número de escenarios y, por consiguiente, dominar todos los imprevistos ligados a un mal diseño. En el caso de las cristalerías, la modelización multifísica permite tener en cuenta la totalidad de los fenómenos que originan los flujos termo-aeráulicos.

Gracias a sus servidores de cálculo, los modelos de EOLIOS pueden simularse en su totalidad con gran precisión en un lapso de tiempo reducido. Por otra parte, la experiencia de EOLIOS en aeráulica general permite a nuestro equipo proponer soluciones innovadoras y pertinentes en caso de problemas de sobrecalentamiento. Implementar simulaciones CFD en tu proceso de diseño significa recurrir a expertos en mecánica de fluidos, térmica y simulaciones numéricas para asegurarse de que ningún problema surja en el futuro.

Síntesis en vídeo del estudio

Nuestros estudios de ingeniería CFD permitieron simular la transferencia térmica y aeráulica que se produce en el entorno de la cristalería. Esto incluye la evaluación de las temperaturas y de las velocidades de aire en las diferentes zonas de la cristalería, así como las presiones, la tasa de contaminación y la tasa de CO₂. Las simulaciones CFD también se utilizaron para evaluar la calidad del aire en el interior de la cristalería y para estimar los niveles de contaminantes en el interior y en el exterior. Esto ayuda a determinar si el sistema de ventilación es suficientemente eficaz para mantener niveles de contaminantes aceptables.

Finalmente, EOLIOS pudo realizar el diseño de las aberturas de ventilación natural en el marco de la ampliación y la rehabilitación de la fábrica.