Recomendaciones para una ventilación óptima y una dispersión eficaz de los contaminantes de una acería: dimensionamiento y ubicación de un nuevo aireador estático en la cubierta.
El proyecto realizado por la empresa EOLIOS para la acería Aubert et Duval consiste en un estudio de dimensionamiento y de ubicación de un nuevo aireador estático (Robertson) en la cubierta. El objetivo principal de este estudio es asegurar una ventilación eficaz de la acería determinando las dimensiones óptimas del aireador estático.
Lo esencial. EOLIOS dimensionó y ubicó un nuevo aireador estático (Robertson) en la cubierta de la acería Aubert et Duval. Levantamientos de las tres naves, ensayos de humo, termografía infrarroja y doce meses de datos meteorológicos alimentaron un modelo CFD: la incorporación de un aireador de cubierta por encima del horno 8 hace bajar la temperatura bajo el techo y acelera la evacuación de los humos, a un caudal de extracción casi constante.
La empresa EOLIOS realiza un proyecto para la acería Aubert et Duval, que consiste en un estudio de dimensionamiento y de ubicación de un nuevo aireador estático en la cubierta. El objetivo principal es asegurar una ventilación eficaz de la acería determinando las dimensiones óptimas del aireador. Esto permitirá respetar las normas de emisiones de contaminantes, optimizar el confort aeráulico y térmico y mejorar la calidad del aire.
El estudio incluye también un análisis en profundidad de los movimientos de aire en la acería con el fin de comprender mejor la distribución del polvo y del humo generados por las operaciones industriales. Este análisis permitirá evaluar el impacto del aireador en la dispersión de estas partículas y proponer medidas de prevención y de control de la contaminación.
Los resultados de este estudio serán esenciales para definir con precisión las dimensiones del aireador y su ubicación óptima en la cubierta. Además, permitirán formular recomendaciones para limitar la dispersión del polvo y del humo, garantizando así una mejor calidad del aire y reduciendo los riesgos de contaminación.
Un aireador estático (o lucernario, tipo Robertson) es un dispositivo de extracción en cubierta sin motor: evacua el aire caliente por tiro térmico, donde la diferencia de densidad entre el aire interior caliente y el aire exterior genera el movimiento ascendente.
Conviene señalar que el estudio contempla varios escenarios diferentes, con distintas configuraciones y caudales de aire. Los objetivos del estudio consisten, por tanto, en dimensionar el aireador de manera adaptada a cada escenario, respetando al mismo tiempo las normas de emisiones y mejorando la calidad del aire.
Durante el estudio realizado para la acería Aubert et Duval, se llevaron a cabo varias actividades para comprender los fenómenos termoaeráulicos del emplazamiento.
Un recorrido global de la planta permitió visualizar los diferentes procesos y comprender las problemáticas específicas.
Se realizaron levantamientos para determinar la ubicación y las dimensiones de las lamas y de las aberturas en las tres naves de la acería.
Se tomaron imágenes térmicas para medir la temperatura de las paredes, mientras que se realizaron tomas de medidas para establecer modelizaciones 3D de las partes que faltaban.
Los ensayos de humo se han convertido en una herramienta imprescindible para evaluar los fenómenos termoaeráulicos en los emplazamientos industriales. En efecto, estos ensayos permiten visualizar los flujos de aire e identificar las posibles zonas de estancamiento, ofreciendo así un análisis preciso de la circulación del aire en un entorno dado.
El ensayo de humo consiste en liberar un humo trazador no contaminante, a base de agua y glicol, para hacer visibles las trayectorias del aire. Revela las zonas de estancamiento y las circulaciones reales, imposibles de percibir a simple vista.
Estos ensayos de humo desempeñan un papel clave en el análisis de los fenómenos termoaeráulicos del emplazamiento. Permiten identificar los puntos sensibles y proponer soluciones adaptadas para mejorar la circulación del aire y la calidad del ambiente térmico.
Realizados recientemente en el emplazamiento industrial, estos ensayos permitieron poner en evidencia las diferentes trayectorias del aire, desde la fuente de calor hasta las salidas de aireación, pasando por todos los elementos del edificio. Gracias a estas observaciones, los ingenieros pudieron determinar los puntos calientes así como las zonas donde el aire estaba mal ventilado.
Para llevar a cabo estos ensayos, se utilizaron humos especiales. Estos se generaron a partir de un líquido a base de agua y glicol no contaminante, garantizando así la inocuidad para el medio ambiente y la salud de las personas presentes en el emplazamiento.
Los resultados obtenidos permitieron detectar zonas donde el aire estaba estancado, favoreciendo así la formación de corrientes de aire caliente y de microclimas desagradables para los trabajadores.
Gracias a esta información, se pudieron aportar mejoras a la ventilación del emplazamiento, permitiendo así crear un entorno de trabajo más agradable y más seguro.
A continuación, se utilizaron imágenes térmicas para poner en evidencia las principales fuentes de los fenómenos térmicos y las diferentes zonas más o menos densas en calor.
Las temperaturas registradas se compararon con los resultados de las simulaciones CFD para verificar su coherencia. Se tuvo en cuenta la emisividad de las diferentes superficies para estimar las temperaturas.
Durante dos visitas al emplazamiento, se registraron las condiciones meteorológicas exteriores, lo que servirá de base para las simulaciones de base. A continuación, se recopilaron los datos meteorológicos de la estación meteorológica más cercana al emplazamiento durante un período de 12 meses.
Esta información precisa sobre los registros meteorológicos nos permitirá seleccionar las condiciones climáticas adecuadas en función de los objetivos del estudio. Las condiciones registradas durante la segunda visita se utilizaron para la primera modelización con el fin de confirmar una buena implementación de las condiciones en el modelo.
La información recopilada comprende la velocidad y la dirección de los vientos, así como la temperatura mínima media en invierno y la temperatura máxima media en verano. Además, se tienen en cuenta también los picos de temperatura más extremos registrados.
Estos datos desempeñan un papel crucial en la adaptación de las estrategias de ventilación con el fin de garantizar el confort óptimo de los operarios de la planta a lo largo de todo el año.
La simulación se realizó utilizando el método de la CFD (Computational Fluid Dynamics), que permite analizar y predecir los movimientos de los fluidos tales como el aire y los gases. Este enfoque virtual permite simular los fenómenos termoaeráulicos en la acería teniendo en cuenta las interacciones entre las diferentes superficies, las fuentes de calor y los flujos de aire. Gracias a la CFD, es posible visualizar y analizar en detalle los flujos, las temperaturas y las concentraciones de gas, lo que contribuye a una mejor comprensión de los procesos y a la optimización del rendimiento y de la seguridad de las instalaciones.
La modelización geométrica es una etapa clave en las simulaciones CFD. Permite representar fielmente la geometría del emplazamiento o del edificio estudiado y definir las condiciones de contorno tales como las paredes, las aberturas al exterior y los aportes internos de calor. La modelización geométrica permite también simplificar el modelo eliminando los elementos no pertinentes, facilitando así la interpretación de los resultados.
La simulación se realizó utilizando el método de la CFD (Computational Fluid Dynamics), que permite analizar y predecir los movimientos de los fluidos tales como el aire y los gases. Este enfoque virtual permite simular los fenómenos termoaeráulicos en la acería teniendo en cuenta las interacciones entre las diferentes superficies, las fuentes de calor y los flujos de aire. Gracias a la CFD, es posible visualizar y analizar en detalle los flujos, las temperaturas y las concentraciones de gas, lo que contribuye a una mejor comprensión de los procesos y a la optimización del rendimiento y de la seguridad de las instalaciones.
En el contexto de los edificios, la CFD permite estudiar las velocidades de aire, las presiones y las temperaturas en el interior y alrededor de los espacios de construcción. Esto permite comprender mejor las condiciones aeráulicas y térmicas, en particular para el diseño de los sistemas de ventilación y de climatización. Las simulaciones CFD son especialmente útiles para mejorar el confort interior optimizando los flujos de aire, lo que contribuye a una mejor eficiencia energética y al bienestar de los ocupantes.
Durante este estudio, se examinaron dos configuraciones para evaluar la eficacia de la extracción de polvo en el caso del horno en modo puerta abierta. La primera configuración era la configuración de base, mientras que la segunda configuración comprendía la incorporación de aireadores estáticos y el cierre de la lama inadecuada.
Los resultados mostraron que en la segunda situación se observaba una extracción del polvo muy superior a la configuración de base, permitiendo una evacuación más rápida y más cercana a la fuente de emisión. Esto contribuye a garantizar un entorno de trabajo más limpio y más seguro.
Uno de los retos principales de este estudio es comprender cómo se distribuye el calor en el interior de la planta y cómo afecta a las diferentes zonas de trabajo. Es necesario identificar las zonas donde las temperaturas pueden ser excesivamente elevadas y establecer medidas para atenuar el impacto del calor en los empleados.
El estudio de la configuración inicial de la planta mostró una escasa circulación del aire en algunas zonas, lo que provocó temperaturas elevadas en ellas. Esto puede deberse a factores como la ubicación de las fuentes de calor, la disposición de los equipos o la circulación del aire en el espacio. La incorporación de aireadores estáticos en la segunda configuración permitió remediar este problema.
Estos aireadores contribuyeron a aumentar la circulación del aire a través de la planta facilitando la evacuación del aire caliente y favoreciendo la entrada de aire fresco. Esto tuvo dos efectos beneficiosos. En primer lugar, la homogeneización de las velocidades de aire permitió reducir las zonas de escasa circulación, lo que contribuyó a una mejor distribución del calor en la planta. Esto dio lugar a una reducción de las amplitudes de temperatura entre las diferentes zonas de trabajo, mejorando así el confort térmico de los empleados. Además, la homogeneización de las temperaturas permitió reducir las temperaturas elevadas, en particular en condiciones estivales, donde las temperaturas exteriores pueden ser más altas.
El estudio de distribución del polvo y los contaminantes en la planta puso en evidencia la eficacia de los sistemas de evacuación tales como los aireadores estáticos y las campanas. Estos dispositivos tienen por objetivo reducir la presencia de polvo y de contaminantes en el aire de la planta. La primera configuración de la planta mostró concentraciones elevadas de polvo y de contaminantes situadas principalmente cerca de los hornos. Sin embargo, en el resto de la planta, las concentraciones de polvo y contaminantes eran relativamente uniformes.
La segunda configuración, por su parte, permitió mejorar la dispersión de los movimientos de aire en la parte baja de la planta, reduciendo así las zonas de fuertes concentraciones de polvo y contaminantes. Esto sugiere que la optimización de los sistemas de evacuación contribuyó a una mejor distribución de las partículas y los contaminantes en el conjunto de la planta, permitiendo una evacuación más fácil. Estos resultados subrayan la importancia de un diseño adecuado de los sistemas de evacuación y de ventilación en las plantas. Al identificar las principales fuentes de polvo y de contaminantes, es posible implantar dispositivos de recogida y de evacuación eficaces para reducir su dispersión en el aire de la planta.
El plano de presión neutra es la altura, en un local ventilado naturalmente, en la que la presión interior iguala a la exterior. Por debajo, el aire entra; por encima, sale. Su posición guía la ubicación de las entradas y salidas de aire.
Los planos de presión neutra desempeñan un papel crucial en el diseño de los sistemas de ventilación natural de los edificios. Se utilizan para determinar los lugares estratégicos donde deben colocarse las aberturas de entrada y de salida de aire con el fin de optimizar la circulación del aire. Un plano de presión neutra es una superficie imaginaria en el interior del espacio ventilado donde la presión estática está equilibrada. Esto significa que las fuerzas ejercidas por el aire entrante y saliente en esta zona son iguales. En la mayoría de los casos, las aberturas de entrada de aire se colocan en la parte baja del espacio ventilado, donde la presión es más elevada.
La presión más elevada se debe generalmente a diferencias de temperatura entre el interior y el exterior del edificio, así como a la densidad del aire. Estas aberturas de entrada permiten que el aire fresco penetre en el espacio ventilado. Por otro lado, las aberturas de salida de aire se colocan en la parte alta, donde la presión es más baja. Esto se atribuye a la diferencia de altura entre las aberturas de entrada y de salida, así como a las corrientes de aire creadas por factores externos como el viento.
Al posicionar las aberturas de salida en la parte alta del espacio ventilado, el aire viciado se evacua de manera más eficaz, garantizando así una mejor calidad del aire interior. Respetando los planos de presión neutra, los diseñadores pueden asegurar una ventilación natural eficaz y una distribución uniforme del aire fresco en todo el espacio.
Esta fase forma parte del dimensionamiento de los aireadores estáticos mediante CFD. Las simulaciones realizadas incluyeron a continuación la instalación de un nuevo aireador de cubierta por encima del horno 8. Los resultados de las simulaciones mostraron que el aireador de cubierta recién añadido tenía un impacto significativo en los flujos de aire. Se observa una desaparición del flujo dirigido del horno 8 hacia los pequeños aireadores de cubierta ya presentes.
En lo que respecta a la distribución de temperatura, los resultados indican una distribución similar a la de los escenarios anteriores, pero con una bajada neta de la temperatura bajo el techo gracias a la presencia del aireador de cubierta.
La temperatura bajo el techo baja considerablemente gracias a la evacuación rápida del aire caliente cargado de calorías por el aireador de cubierta. Los resultados subrayan también que el caudal de extracción total se mantiene globalmente constante, con un ligero aumento respecto a la configuración existente. Estos resultados demuestran la eficacia del aireador de cubierta añadido por encima del horno 8 para evacuar rápidamente el aire caliente cargado de calorías. Esta modificación contribuye, por tanto, a mejorar los flujos de aire y las condiciones térmicas en el edificio.
El objetivo del estudio era dimensionar y posicionar el nuevo dispositivo de aireación estática en la cubierta de la acería. Buscaba también cartografiar los movimientos de aire y la distribución de la temperatura en el conjunto de la acería, así como analizar la distribución del polvo/humo a la altura del aireador.
Los planos de velocidad a la altura de una persona mostraron una distribución relativamente uniforme, independiente de las condiciones exteriores. El movimiento convectivo provocado por los elementos calientes tales como los hornos, los lingotes, las cubetas de escoria y las cucharas es el principal motor aeráulico de la acería.
A la altura del aireador estático (Robertson), los esquemas de velocidad demostraron una evacuación eficaz en toda su longitud, con una distribución relativamente uniforme.
La distribución de los contaminantes en la sección del aireador estático reveló una zona de concentración elevada ligeramente desplazada hacia el horno, mientras que el resto del Robertson mostraba una distribución uniforme, independiente de su geometría.
El estudio realizado por EOLIOS permitió obtener recomendaciones valiosas para dimensionar y optimizar el dispositivo de aireación estática de la acería. Estas recomendaciones garantizarán una mejor ventilación, una dispersión eficaz del polvo/humo y una mejora global del clima en los locales. Esto contribuirá a mejorar el confort de los empleados, a mantener las instalaciones en condiciones óptimas y a respetar las normas medioambientales vigentes.
A recordar. La ventilación natural de una acería se apoya en el motor convectivo de las fuentes calientes (hornos, cucharas, cubetas de escoria). Bien dimensionado y bien situado, un aireador estático evacua el aire caliente y los humos lo más cerca posible de su fuente, sin ventilador ni consumo de energía.
Aireadores estáticos, ensayos de humo y ventilación natural de las naves metalúrgicas.
Sí, cuando está correctamente dimensionada. La fuerte emisión de calor de los hornos crea un tiro térmico potente que, canalizado por aireadores estáticos bien situados, evacua humos y aire caliente sin ventilador. Un enfoque similar se aplicó en nuestro proyecto ventilación natural de una fábrica siderúrgica.
El ensayo de humo hace visibles las trayectorias reales del aire mediante un humo trazador no contaminante a base de agua y glicol. Revela las zonas de estancamiento y las circulaciones parásitas que las mediciones puntuales de velocidad o de temperatura no permiten percibir.
La CFD permite probar virtualmente varias configuraciones de aireadores y estaciones sin intervenciones pesadas en una planta en producción. Cuantifica velocidades de aire, temperaturas y concentraciones de contaminantes en todo el volumen, donde las mediciones siguen siendo locales.
La sección del aireador se deriva del caudal de aire caliente a extraer, de la altura disponible bajo el techo y de la posición del plano de presión neutra. La CFD ajusta estos parámetros para evacuar el calor lo más cerca posible de la fuente, aquí por encima del horno 8.
El caudal de extracción total se mantiene globalmente constante, con un ligero aumento respecto a la configuración existente. La ganancia principal es cualitativa: el aire caliente cargado de calorías se evacua más rápido y más cerca del horno, lo que hace bajar la temperatura bajo el techo.
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La empresa EOLIOS realiza un estudio de dimensionamiento y de ubicación de un nuevo aireador estático en la cubierta de la acería Aubert et Duval. El objetivo es asegurar una ventilación eficaz de la acería respetando al mismo tiempo las normas de emisiones de contaminantes y mejorando la calidad del aire. El estudio incluye un análisis en profundidad de los movimientos de aire en la acería con el fin de comprender la distribución del polvo y del humo generados por las operaciones industriales. Se utilizan ensayos de humo e imágenes térmicas para evaluar la circulación del aire e identificar los puntos sensibles. Los resultados del estudio permitirán definir las dimensiones óptimas del aireador y su ubicación óptima en la cubierta, así como formular recomendaciones para limitar la dispersión del polvo y del humo. También se realizan simulaciones CFD para analizar los movimientos de los fluidos y optimizar la ventilación natural.
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