Estudio de la dispersión del polvo – Laboratorio de geología

La experiencia de EOLIOS en simulación CFD (Dinámica Computacional de Fluidos) nos ha permitido analizar los fenómenos de dispersión de partículas en un laboratorio de geología. Utilizando una modelización realista en 3D y un riguroso enfoque científico, el estudio puso de relieve las zonas de riesgo y evaluó la eficacia de los sistemas de captura existentes.
Este enfoque ha contribuido a optimizar la seguridad de los operarios y a conseguir mejoras duraderas en la calidad del aire en un entorno de trabajo exigente.

EOLIOS es líder en simulación CFD aplicada a entornos interiores complejos, basándose en la amplia información obtenida en campañas de medición y en numerosos estudios realizados en emplazamientos reales.

Preservar la salud en el corazón de los laboratorios: un reto crucial

El aire como vector de riesgo en espacios confinados

En los laboratorios de preparación paleontológica, la calidad del aire ambiente desempeña un papel fundamental en la protección de la salud de los operarios. Detrás de las meticulosas manipulaciones científicas, realizadas a menudo con herramientas mecánicas o neumáticas, se esconde un fenómeno mucho menos visible pero potencialmente peligroso: la difusión de polvo fino procedente de fósiles o matrices rocosas.

Al igual que en los entornos hospitalarios o farmacéuticos, las zonas de preparación geológica están asociadas a requisitos de filtración. El polvo que se genera al liberar los fósiles puede ser abrasivo, irritante e incluso tóxico, según su composición. Controlar su dispersión es, por tanto, imperativo, no sólo para garantizar la comodidad en el trabajo, sino también para prevenir cualquier riesgo para la salud asociado a una exposición crónica.

Impactores, polvo y propagación: un trío a tener en cuenta

En el corazón del proceso de extracción de fósiles, las herramientas utilizadas actúan como potentes vectores de suspensión de las partículas. Esto es especialmente cierto en el caso de las plumas neumáticas de percusión utilizadas para fragmentar suavemente la roca alrededor de las muestras. Estas herramientas generan un flujo de aire de aproximadamente 1 m/s en la salida, impulsando mecánicamente el polvo hacia el entorno inmediato.

En ausencia de una captura eficaz en la fuente, estas emisiones pueden dispersarse libremente en el volumen de la sala, atravesando el espacio de trabajo y llegando a las vías respiratorias de los usuarios. Este problema se agrava por la presencia de varios puestos de trabajo funcionando simultáneamente, y por la geometría restrictiva de la sala, donde los flujos de aire pueden encontrar obstáculos o crear bucles de recirculación.

Ante esta configuración, los sistemas convencionales deextracción mural o de renovación general del aire de la sala resultan a menudo insuficientes. Entonces se hace necesario un planteamiento específico y localizado.

Un estudio CFD para evaluar el rendimiento y orientar las opciones técnicas

Éste es el trasfondo del estudio que está llevando a cabo EOLIOS. Se basa en el uso de la simulación numérica mediante mecánica de fluidos (CFD) para analizar, cuantificar y visualizar los fenómenos de dispersión de partículas en el laboratorio de geología.

El objetivo de esta modelización es doble:

Validar el rendimiento de captura de la vitrina de gases existente, comprobando que las velocidades de cara cumplen los requisitos reglamentarios(norma EN 14175) y que la contención de contaminantes está bajo control.
Evaluar la eficacia comparativa de varias configuraciones para controlar el polvo generado en los puestos de trabajo: sin captación móvil de polvo, adición de brazos de extracción e instalación de protección frontal.

Al modelizar estos distintos escenarios y visualizar las trayectorias de las partículas emitidas, el estudio permite identificar las zonas de riesgo, cuantificar los volúmenes impactados por el polvo y orientar las opciones técnicas hacia soluciones probadas, pragmáticas y económicamente viables.

Comprender para proteger mejor: ¿por qué utilizar la modelización CFD?

Simular para visualizar lo invisible

La simulación numérica mediante mecánica de fluidos (CFD) es actualmente una herramienta esencial para controlar los ambientes interiores complejos. En un espacio cerrado como un laboratorio de geología, donde los flujos de aire, los obstáculos físicos y las emisiones de partículas interactúan constantemente, sólo una modelización tridimensional precisa puede proporcionar una comprensión de la dinámica real del aire y el polvo.

> Más información: ¿Qué es la simulación CFD?

El enfoque desarrollado por EOLIOS se basa en una modelización detallada del laboratorio de preparación paleontológica, que incorpora la geometría del mobiliario, las características técnicas de los equipos de ventilación y las fuentes de emisión de partículas. A partir de esta base, se simularon escenarios representativos, en estado estacionario, para reproducir numéricamente los comportamientos deflujo y dispersión observables en condiciones reales.

Consideración detallada de los sistemas de mantenimiento de la calidad del aire - Sorbona

Una comparación objetiva de las soluciones de captura

Uno de los principales objetivos de este estudio era visualizar los distintos escenarios y comprobar el cumplimiento de las normas vigentes:

La vitrina de gases en funcionamiento nominal (caudal bajo) e intensivo (caudal máximo), para validar el cumplimiento de las velocidades frontales reglamentarias y laeficacia de la contención de contaminantes.
Rejillas de extracción montadas en la pared, colocadas al fondo de la sala, evaluadas por su capacidad para evacuar las partículas liberadas alambiente general.
Brazos de succión móviles, para evaluar su eficacia en origen al manipular fósiles.
La presencia o ausencia de protección frontal en los puestos de trabajo, para evaluar su papel en la contención local del polvo proyectado.

La simulación CFD identifica las velocidades del aire, las concentraciones de polvo (mediante un escalar de difusión) y las trayectorias de emisión en cada punto de la sala. Cada solución se analiza factualmente y se cuantifica.

Detectar áreas de riesgo para orientar las mejoras

Además de las simples velocidades del aire, la modelización permite identificar las zonas críticas: estancamiento de polvo, bucles de recirculación, ascenso vertical o difusión transversal. Estos fenómenos, a menudo invisibles a simple vista, pueden ser fuente de contaminación secundaria o de recontaminación en ausencia de una contención adecuada.

Gracias a este enfoque, es posibleanticiparse a los fallos de diseño o de uso, y proponer mejoras específicas: ya se trate de reposicionar los brazos, de ajustar los caudales o de añadir dispositivos pasivos, como pantallas protectoras.

Sumergirse en el corazón del laboratorio: un entorno modelado con precisión

Modelado 3D fiel a la realidad del terreno

La precisión de los resultados del CFD depende sobre todo de la fidelidad del modelo digital. Para este estudio, el equipode EOLIOS reconstruyó detalladamente el laboratorio de preparación paleontológica utilizando planos DWG del lugar y fichas técnicas de los equipos suministrados. Se integraron todos los elementos que influyen en los flujos: volúmenes, tabiques, mobiliario, superficies de trabajo y sistemas de difusión y extracción.

Elentorno 3D obtenido es una representación realista del laboratorio, acorde con las condiciones actuales de uso. Esta precisión permiteprever los flujos de aire reales y las complejas interacciones entre las fuentes de emisión, los obstáculos físicos y los sistemas de ventilación.

Integración completa del equipo de captura

Se han modelizado todos los aparatos de tratamiento de aire reales de la sala:

La vitrina de gases, utilizada para la manipulación de alto riesgo, se simuló en dos configuraciones representativas: flujo reducido con la ventana bajada y flujo máximo con la ventana totalmente abierta, para evaluar su rendimiento de contención.
Los difusores de aire montados en el techo suministran aire fresco. Su diseño especial garantiza una difusión controlada, con una alteración mínima de los flujos de aire locales.
Doce rejillas de extracción montadas en la pared, dispuestas en dos niveles detrás de los puestos de trabajo, ayudan aevacuar las partículas residuales del ambiente, y compensan si la vitrina de gases está activada o no.

Se colocaron dos sistemas de aspiración móviles con brazos articulados lo más cerca posible de los fósiles. Desempeñan un papel esencial en la captación de fuentes.

Por último, para reproducir fielmente el escenario de emisión, se modeló un bolígrafo percutor que soplaba a 1 m/s de forma continua al nivel de los fósiles, en cada estación de trabajo. Este dispositivo simula la liberación de polvo durante el procesamiento mecánico de las piezas.

Metodología rigurosa de simulación CFD

Se utilizaron escalares pasivos para simular la concentración de partículas en el aire, con isosuperficies y planos transversales para visualizar la disipación o la acumulación en función de la configuración.

Los resultados de las simulaciones CFD proporcionan una imagen precisa de los fenómenos de dispersión de partículas en el laboratorio. Cada configuración se analizó en detalle mediante una visualización cruzada (planos de velocidad, secciones escalares, isosuperficies y trazados de corriente). El objetivo es identificar las zonas de riesgo, cuantificar la eficacia de los sistemas de captura y orientar las opciones técnicas hacia las soluciones más eficaces.

Lo que revela la simulación: trayectorias, velocidades, concentraciones

Estado de referencia sin protección: difusión incontrolada de partículas

En la primera configuración, el laboratorio se muestra sin ningún sistema de extracción móvil, equipado únicamente con rejillas de extracción montadas en la pared. Esta situación corresponde alestado original, antes de añadir los dispositivos de captura selectiva.

Los resultados muestran una disipación rápida e incontrolada del polvo en cuanto se emite. Las partículas generadas a nivel de los fósiles (modeladas por un escalar pasivo) se propagan ampliamente en el espacio, alcanzando rápidamente las zonas laterales y superiores, sobre todo a nivel de las caras de los operarios (planos a 1,70 m de altura).

La recirculación del aire se produce en la zona central del laboratorio, alimentada por lainteracción entre el aire de impulsión de los difusores y laarquitectura interna de la sala. Estas zonas de estancamiento favorecenque las partículas se acumulen y permanezcan más tiempo en suspensión.

Las rejillas de extracción montadas en la pared, aunque se distribuyan por una zona amplia, tienen una eficacia limitada. No capturan eficazmente las partículas en cuanto se emiten. El resultado: la mayoría de los contaminantes siguen trayectorias flotantes, y varias isosuperficies con umbrales críticos confirman la contaminación persistente delaire ambiente.

Incorporación de brazos de aspiración móviles: una clara mejora

La introducción de dos brazos de aspiración móviles transforma radicalmente el paisaje aeráulico del laboratorio.

En cuanto se instalaron sobre los puestos de trabajo, se observó una clara reducción de las concentraciones de partículas en las secciones escalares. Las partículas se capturan en cuanto se emiten o muy poco después, limitando su difusión en el espacio.

Las trazas de corriente muestran una orientación inmediata de los flujos hacia las toberas de recogida. La trayectoria de las partículas se hace corta y controlada. En los planos longitudinal y transversal, los escalares descienden drásticamente, y las isosuperficies críticas se contraen alrededor de las zonas de emisión.

Sin embargo, la eficacia depende de la posición correcta de los brazos, que idealmente deben colocarse a unas decenas de centímetros del punto de impacto de las plumas de percusión. La sensibilidad al posicionamiento es significativa, y una desalineación podría reducir drásticamente el rendimiento.

Añadir protección frontal a la central: el factor determinante

Paraoptimizar aúnmás la contención, se ha añadido una protección frontal al puesto de trabajo central, que actúa como barrera física complementaria de los sistemas de extracción.

Elefecto combinado de la cúpula móvil y el deflector frontal se traduce en una mejora significativa de la contención. Las partículas no sólo son capturadas por el brazo, sino también atrapadas por el volumen restringido definido por el tabique. Elaire viciado permanece confinado alrededor de la mesa y ya no se vierte a la atmósfera.

Los planos escalares a 1m70 revelan una ausencia virtual de partículas en las zonas de respiración. Las concentraciones están por debajo de los límites de detección en la mayor parte de la sala. Las isosuperficies se vuelven casi inexistentes, y las trazas de corriente siguen trayectorias dirigidas exclusivamente hacia las zonas de extracción.

Este sistema demuestra una fuerte sinergia entre la captura mecánica y la estructuración física del espacio. La adición de la protección transforma el brazo aspirante en un sistema confinado localmente, cuyaeficacia se aproxima a la de un puesto de trabajo encapsulado.

Análisis transversal, isosuperficies y trazados de corriente

La riqueza del análisis se basa en una combinación de representaciones gráficas que pueden utilizarse para describir el comportamiento tanto de los flujos como de las partículas en suspensión:

Las secciones de velocidad muestran la dinámica de los flujos generados por los difusores, los sistemas de recogida y las aberturas.
Las secciones escalares, en proyección vertical y horizontal, muestran la distribución espacial de las concentraciones de partículas.
Las isosuperficies identifican los volúmenes problemáticos, donde el riesgo de contaminación es mayor.
Las trazas de corriente, iniciadas en el punto de emisión de las partículas, ilustran la trayectoria seguida por éstas. Destacan las zonas de estancamiento y cualquier reflujo, así como laeficacia de la captura en presencia de armas o protección.

Este enfoque integrado ofrece un diagnóstico completo y visual delentorno de trabajo. No sólo valida los sistemas implantados, sino que también hace recomendaciones concretas sobre posibles mejoras, como la colocación de los equipos, los índices de ventilación o la geometría de los puestos de trabajo.

Qué puede hacer el estudio: validar, ajustar y asegurar un control sostenible del polvo

CFD al servicio de la salud del operario

Elestudio CFD realizado por EOLIOS en el laboratorio de geología proporciona una visión precisa y operativa de los fenómenos de polvo asociados a las operaciones de excavación de fósiles. Gracias a la modelización realista delentorno, los equipos y las emisiones de partículas, los resultados obtenidos permiten validar los sistemas existentes, detectar los puntos débiles del sistema y proponer ajustes prácticos para mejorar la seguridad de los operarios.

Este estudio ilustra el valor añadido de la simulación digital para comprender los entornos de alto riesgo. Gracias a un enfoque riguroso y a herramientas de cálculo avanzadas, ahora es posible visualizar fenómenos invisibles como la dispersión de partículas, los flujos de aire y las zonas de estancamiento, y tomar medidas específicas.

El CFD es una verdadera herramienta de toma de decisiones. No sólo permite validar los equipos, sino que también ayuda aprever fallos de disposición, dimensionamiento o uso. Al hacer visibles los flujos, transforma la prevención en acciones concretas.

Un enfoque para la prevención y el rendimiento

Además de unanálisis puntual, este estudio forma parte de un enfoque más amplio de la ingeniería de la salud y el rendimiento. Al identificar las palancas de mejora, proponer soluciones sencillas y objetivar su eficacia, la simulación ayuda aoptimizar los entornos de trabajo, garantizando al mismo tiempo la seguridad de los operarios.

Para los establecimientos científicos, industriales y hospitalarios, se está convirtiendo en una herramienta estratégica: reducir el polvo en origen, controlar los flujos y diseñar espacios seguros adaptados a las exigencias del mañana.

La experiencia de EOLIOS Ingénierie para mejorar la calidad del aire y la seguridad de los operarios en los laboratorios

El estudio realizado por EOLIOS en el laboratorio de geología ilustra el valor añadido de la simulación CFD en el control de entornos sensibles. Al hacer visibles fenómenos invisibles, el equipo pudo demostrar el impacto real de las soluciones de captura y orientar las opciones técnicas hacia sistemas eficaces y pragmáticos.
Este enfoque, en la encrucijada de la investigación científica y laingeniería aplicada, confirma la capacidad de EOLIOS para apoyar a sus socios en la búsqueda de soluciones a medida que concilien seguridad, eficiencia energética y cumplimiento de la normativa.
Gracias a este estudio, el laboratorio se beneficia ahora de un control optimizado del polvo, lo que garantiza un entorno de trabajo más saludable y sostenible para sus operarios.

Más información sobre este tema:

> Proyecto: Estudio del polvo en un laboratorio

> Proyecto: Aeraulics para una sala blanca

Resumen del estudio

El estudio CFD realizado por EOLIOS validó el rendimiento de la vitrina de gases existente y de los sistemas de extracción del laboratorio, comparando al mismo tiempo distintas configuraciones de captura, desde la ausencia de brazos móviles hasta la adición de protección frontal en los puestos de trabajo. Los resultados pusieron de manifiesto las zonas con riesgo de recirculación y acumulación, y demostraron la importancia de un posicionamiento preciso de los sistemas de extracción para garantizar una captura eficaz en la fuente.
A partir de estas observaciones, se propusieron optimizaciones concretas, sobre todo en cuanto a los caudales y la geometría de los puestos de trabajo, que permitieron reducir significativamente las concentraciones de polvo en las zonas de respiración. Como resultado de este estudio, ha sido posibleevaluar objetivamente el rendimiento del flujo de aire, garantizar la seguridad a largo plazo del entorno de trabajo y reforzar la prevención de los riesgos para la salud de los operarios.