EOLIOS analizó mediante simulación CFD la dispersión de partículas de un laboratorio de preparación paleontológica, validó la captación existente y comparó varios dispositivos para proteger la salud de los operarios.
La pericia de EOLIOS en simulación CFD (Computational Fluid Dynamics) permitió analizar con precisión los fenómenos de dispersión de partículas dentro de un laboratorio de geología. Gracias a una modelización 3D realista y a un enfoque científico riguroso, el estudio puso de manifiesto las zonas de riesgo y evaluó la eficacia de los dispositivos de captación existentes. Este enfoque contribuyó a optimizar la seguridad de los operarios y a mejorar de forma duradera la calidad del aire en un entorno de trabajo exigente.
Lo esencial. En un laboratorio de preparación paleontológica parisino, EOLIOS simuló en CFD la dispersión del polvo emitido por los lápices percutores (chorro de aire ≈ 1 m/s). El estudio valida la vitrina de gases existente (EN 14175) y compara tres escenarios de captación: rejillas murales solas, adición de brazos aspiradores móviles, y después protección frontal en el puesto. La captación en el origen, combinada con una barrera física, lleva las concentraciones por debajo de los umbrales de detección en las zonas de respiración.
En los laboratorios de preparación paleontológica, la calidad del aire ambiente desempeña un papel fundamental en la preservación de la salud de los operarios. Tras las manipulaciones científicas minuciosas, a menudo realizadas con herramientas mecánicas o neumáticas, se esconde un fenómeno mucho menos visible pero potencialmente peligroso: la difusión de polvo fino procedente de los fósiles o de las matrices rocosas.
Como en los entornos hospitalarios o farmacéuticos, los espacios de preparación geológica están asociados a exigencias de filtración. En efecto, el polvo generado durante la extracción de los fósiles puede resultar abrasivo, irritante, incluso tóxico según su composición. Dominar su dispersión es por tanto un imperativo no solo para garantizar el confort de trabajo, sino también para prevenir todo riesgo sanitario ligado a una exposición crónica.
En el corazón del proceso de extracción de los fósiles, las herramientas empleadas actúan como potentes vectores de puesta en suspensión de las partículas. Es en particular el caso de los lápices percutores neumáticos, empleados para fragmentar delicadamente la roca alrededor de las muestras. Estas herramientas generan un flujo de aire de aproximadamente 1 m/s a la salida, propulsando mecánicamente el polvo hacia el entorno inmediato.
En ausencia de una captación eficaz en el origen, estas emisiones pueden dispersarse libremente en el volumen de la sala, atravesando el espacio de trabajo y alcanzando las vías respiratorias de los usuarios. Este problema se acentúa por la presencia de varios puestos en funcionamiento simultáneo, y por una geometría de sala restrictiva, donde los flujos de aire pueden encontrar obstáculos o crear bucles de recirculación. Ante esta configuración, los dispositivos clásicos de extracción mural o de renovación general del aire ambiente se revelan a menudo insuficientes. Un enfoque específico y localizado se vuelve entonces necesario.
La captación en el origen aspira los contaminantes lo más cerca posible de su punto de emisión, antes de que se difundan en la sala. Un brazo articulado situado a unas decenas de centímetros del fósil intercepta el polvo mucho más eficazmente que una extracción general de la sala.
Es en este contexto donde se inscribe el estudio realizado por EOLIOS. Se basa en el uso de la simulación numérica mediante la mecánica de fluidos (CFD) para analizar, cuantificar y visualizar los fenómenos de dispersión de partículas dentro del laboratorio de geología. El objetivo de esta modelización es doble:
Validar el rendimiento de captación de la vitrina de gases existente, comprobando que las velocidades frontales responden a las exigencias reglamentarias (norma EN 14175) y que el confinamiento de los contaminantes está controlado.
Evaluar la eficacia comparada de varias configuraciones para el control del polvo generado en los puestos de trabajo: ausencia de captación móvil, adición de brazos aspiradores e implantación de una protección frontal.
Al modelizar estos diferentes 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 decisiones técnicas hacia soluciones probadas, pragmáticas y económicamente viables.
La simulación numérica mediante mecánica de fluidos (CFD) se impone hoy como una herramienta indispensable para el control de los entornos interiores complejos. En un espacio cerrado como un laboratorio de geología, donde flujos de aire, obstáculos físicos y emisiones de partículas interactúan permanentemente, solo una modelización tridimensional precisa permite comprender las dinámicas reales del aire y del polvo. Estos efectos se integran en la modelización CFD.
El enfoque desarrollado por EOLIOS se basa en una modelización detallada del laboratorio de preparación paleontológica, integrando las geometrías del mobiliario, las características técnicas de los equipos aeráulicos y las fuentes de emisión de partículas. A partir de esta base, se simularon escenarios representativos, en régimen estacionario, para reproducir numéricamente los comportamientos de flujo y dispersión observables en condiciones reales.
Un escalar pasivo es una magnitud transportada por el aire sin modificarlo, que sirve para representar numéricamente la concentración de polvo. Visualizado mediante iso-superficies y planos de corte, muestra dónde se acumulan las partículas y a qué nivel alcanzan las zonas de respiración.
Uno de los objetivos mayores de este estudio era visualizar los diferentes escenarios y verificar la conformidad respecto a las normas en vigor:
La vitrina de gases en funcionamiento nominal (bajo caudal) e intensivo (caudal máximo), para validar el cumplimiento de las velocidades frontales reglamentarias y la eficacia del confinamiento de los contaminantes.
Las rejillas de aspiración murales, situadas al fondo de la sala, evaluadas por su capacidad de evacuar las partículas difundidas en el ambiente general.
Los brazos de aspiración móviles, para estimar su eficacia en el origen durante las manipulaciones sobre fósiles.
La presencia o no de una protección frontal en los puestos, para juzgar su papel en el confinamiento local del polvo proyectado.
La simulación CFD permite así identificar, en cada punto de la sala, las velocidades de aire, las concentraciones de polvo (mediante un escalar de difusión) y las trayectorias de emisión. Cada solución se analiza de manera factual y cuantificada.
Más allá de las simples velocidades de aire, la modelización permite localizar las zonas críticas: estancamiento de polvo, bucles de recirculación, ascensos verticales o difusión transversal. Estos fenómenos, a menudo invisibles a simple vista, pueden ser el origen de contaminaciones secundarias o de recontaminaciones en ausencia de un confinamiento adecuado. Gracias a este enfoque, es posible anticipar los defectos de diseño o de uso, y proponer mejoras específicas: reposicionamiento de los brazos, ajuste de caudales o adición de dispositivos pasivos como pantallas de protección.
La exactitud de los resultados CFD se basa ante todo en la fidelidad de la maqueta numérica. Para este estudio, el equipo de EOLIOS reconstruyó en detalle el laboratorio de preparación paleontológica a partir de los planos DWG del sitio y de las fichas técnicas de los equipos suministrados. Cada elemento que influye en los flujos se integró: volúmenes, tabiques, mobiliario, superficies de trabajo, y sistemas de difusión y de extracción. El entorno 3D obtenido constituye una representación realista del laboratorio, acorde con las condiciones de uso actuales.
Todos los dispositivos reales de tratamiento del aire presentes en la sala se modelizaron:
La vitrina de gases, utilizada para las manipulaciones de riesgo, simulada en dos configuraciones: a caudal reducido (vidrio bajado) y a caudal máximo (apertura total), para evaluar su rendimiento de confinamiento.
Los difusores de aire de techo aseguran el aporte de aire nuevo. Su diseño permite una difusión controlada, con un mínimo de perturbación sobre los flujos locales.
Doce rejillas de aspiración murales, dispuestas en dos niveles detrás de los puestos, participan en la evacuación de las partículas residuales y compensan la activación o no de la vitrina.
Dos sistemas móviles de aspiración de brazos articulados, situados lo más cerca posible de los fósiles. Desempeñan un papel esencial en la captación en el origen.
Por último, para reproducir fielmente el escenario de emisión, se modelizó un lápiz percutor que sopla a 1 m/s de forma continua a nivel de los fósiles, en cada puesto de trabajo. Este dispositivo simula el desprendimiento de polvo durante el tratamiento mecánico de las piezas.
Los escalares pasivos se utilizaron para simular la concentración de partículas en el aire, con iso-superficies y planos de corte que permiten visualizar la disipación o la acumulación según las configuraciones. Los resultados permiten una lectura precisa de los fenómenos de dispersión: gracias a una visualización cruzada (planos de velocidad, cortes escalares, iso-superficies y líneas de corriente), cada configuración se analizó finamente, para identificar las zonas de riesgo, cuantificar la eficacia de los dispositivos de captación y orientar las decisiones técnicas.
Una vitrina de gases es un puesto ventilado que aspira el aire delante del operario para confinar los contaminantes. La norma EN 14175 fija sus requisitos de rendimiento, en particular las velocidades frontales; la CFD verifica su cumplimiento con el vidrio bajado como en apertura total.
En una primera configuración, el laboratorio se representa sin ningún sistema de aspiración móvil, equipado únicamente con rejillas de extracción murales: es el estado de origen. Los resultados muestran una disipación rápida y no controlada del polvo desde su emisión. Las partículas generadas a nivel de los fósiles (modelizadas por un escalar pasivo) se propagan ampliamente, alcanzando rápidamente las zonas laterales y superiores, en particular a la altura de las caras de los operarios (planos a 1,70 m de altura).
Aparecen recirculaciones de aire en la zona central, alimentadas por la interacción entre los flujos impulsados de los difusores y la arquitectura interna de la sala. Estas zonas de estancamiento favorecen la acumulación de partículas y su mantenimiento prolongado en suspensión. Las rejillas de extracción murales, aunque distribuidas en altura, muestran una eficacia limitada: la mayoría de los contaminantes sigue trayectorias flotantes, y varias iso-superficies a umbrales críticos confirman una contaminación persistente del aire ambiente.
La introducción de dos brazos de aspiración móviles transforma radicalmente el panorama aeráulico del laboratorio. En cuanto se colocan sobre los puestos, se observa una clara reducción de las concentraciones particulares: las partículas se captan desde su emisión o muy poco después, limitando su difusión. Las líneas de corriente muestran una orientación inmediata de los flujos hacia las boquillas de captación; el trayecto de las partículas se vuelve corto y controlado, los escalares caen drásticamente y las iso-superficies críticas se retraen alrededor de las zonas de emisión.
No obstante, la eficacia sigue condicionada a la buena posición de los brazos, que idealmente deben situarse a unas decenas de centímetros del punto de impacto de los lápices percutores. La sensibilidad al posicionamiento es notable, y una mala alineación podría reducir drásticamente el rendimiento.
Para ir más lejos en la optimización del confinamiento, se añadió una protección frontal al puesto central, con el papel de barrera física complementaria a los sistemas de aspiración. El efecto combinado de la cúpula móvil y del tabique frontal se traduce en una mejora notable: las partículas no solo se captan por el brazo, sino que también quedan atrapadas por el volumen restringido definido por el tabique. El aire viciado permanece confinado alrededor de la mesa y ya no desborda hacia el ambiente.
Los planos de escalar a 1,70 m revelan una casi ausencia de partículas en las zonas de respiración; las concentraciones caen por debajo de los umbrales de detección en la mayor parte de la sala. El dispositivo muestra una fuerte sinergia entre la captación mecánica y la estructuración física del espacio: la adición de la protección transforma el brazo de aspiración en un sistema confinado localmente, cuya eficacia se acerca a la de un puesto de trabajo encapsulado.
La riqueza del análisis se basa en una combinación de representaciones gráficas que califican tanto el comportamiento de los flujos como el de las partículas en suspensión:
Los cortes de velocidad muestran la dinámica de los flujos generados por los difusores, los sistemas de captación y las aberturas.
Los cortes de escalar, en proyección vertical y horizontal, visualizan la distribución espacial de las concentraciones particulares.
Las iso-superficies identifican los volúmenes problemáticos, allí donde el riesgo de contaminación es más elevado.
Las líneas de corriente, iniciadas en el punto de emisión, ilustran el recorrido de las partículas: zonas de estancamiento, posibles reflujos y eficacia de captación en presencia de los brazos o de la protección.
Este enfoque integrado ofrece un diagnóstico completo y visual del entorno de trabajo, para validar los dispositivos en uso y formular recomendaciones precisas (posicionamiento de los equipos, caudales de ventilación, geometría de los puestos).
El estudio CFD realizado por EOLIOS ofrece una perspectiva precisa y operativa sobre los fenómenos de exposición al polvo ligados a las operaciones de extracción de fósiles. Gracias a una modelización realista del entorno, de los equipos y de las emisiones, los resultados permiten validar los dispositivos existentes, detectar las debilidades del sistema y proponer ajustes concretos para reforzar la seguridad de los operarios. La CFD se impone como una verdadera herramienta de ayuda a la decisión: valida los equipos, anticipa los defectos de implantación, dimensionamiento o uso y, al hacer visibles los flujos, transforma la prevención en acción concreta.
A recordar. La extracción general de una sala no protege al operario de la nube emitida a 30 cm de su cara: solo la captación en el origen, bien posicionada y completada con una barrera física, hace caer la concentración allí donde se respira.
Más allá del análisis puntual, este estudio se inscribe en un enfoque más amplio: el de una ingeniería de la salud y del rendimiento. Al identificar las palancas de mejora, proponer soluciones simples y objetivar su eficacia, la simulación permite optimizar los entornos de trabajo asegurando al mismo tiempo a los operarios. Para los establecimientos científicos, industriales u hospitalarios, se convierte en una herramienta estratégica: reducir la exposición al polvo en el origen, dominar los flujos y diseñar espacios seguros, adaptados a las exigencias de mañana.
Saber hacer: calidad de aire & seguridad de los operarios en laboratorioEmisión del polvo, captación en el origen y protección de los operarios en un laboratorio de paleontología.
De la extracción de los fósiles: los lápices percutores neumáticos fragmentan la roca y producen un chorro de aire de unos 1 m/s que proyecta polvo fino, a veces abrasivo o tóxico, hacia el entorno inmediato del operario. Un reto similar se trató en nuestro proyecto laboratorio farmacéutico, polvo.
Porque intercepta las partículas desde su emisión, antes de que alcancen las vías respiratorias. Sin brazo aspirador cerca del punto de impacto, las rejillas murales por sí solas dejan el polvo dispersarse y recircular en la sala.
Es la norma de las vitrinas de gases de laboratorio. La CFD verifica que las velocidades frontales y el confinamiento cumplen sus requisitos, con el vidrio bajado como en apertura total, para garantizar la protección del operario.
Añade una barrera física: el brazo aspirador capta y el volumen restringido atrapa el resto. Los planos a altura de respiración (1,70 m) muestran entonces una casi ausencia de partículas, el puesto se comporta como encapsulado.
La CFD da, en cada punto de la sala, las velocidades de aire, las concentraciones y las trayectorias, revelando estancamientos, recirculaciones y ascensos verticales invisibles al ojo. Permite también comparar dispositivos antes de cualquier compra.
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El estudio CFD permitió validar el rendimiento de la vitrina de gases y de los sistemas de extracción, comparando a la vez varias configuraciones de captación — desde la ausencia de brazos móviles hasta la adición de una protección frontal. Los resultados revelaron las zonas de recirculación y de acumulación y demostraron la importancia del posicionamiento preciso de los dispositivos de aspiración. Las optimizaciones propuestas (caudales, geometría de los puestos) permiten una reducción significativa de las concentraciones de polvo en las zonas de respiración, asegurando de forma duradera el entorno de trabajo.
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