En la nueva red de recogida de compuestos orgánicos volátiles (COV), cada taller estará directamente conectado a un colector denominado «clarinete», situado justo antes del depósito de recogida. Esto permitirá situar el punto de presión neutro cerca de la espita de recogida de COV, lo que facilitará el equilibrio del flujo de aire en la red.

A la salida del clarinete y antes de entrar en el depósito de recogida, habrá una conexión provista de colas de estufa. Esta conexión permitirá dirigir el flujo de COV a tratar a la instalación actual de tratamiento de COV, que es una sala de calderas, como solución de reserva si no se utiliza el oxidador térmico.

Una entrada de aire de compensación en el clarificador aumentará el caudal total hasta el caudal deseado, que corresponde al caudal nominal de funcionamiento del oxidador térmico considerado en esta fase del estudio. El suministro de aire al depósito de recogida se utilizará para mantener el límite inferior de explosividad (LIE) por debajo del valor máximo autorizado por el proveedor del comburente térmico.

Se colocará un segundo depósito colector justo antes del oxidador térmico para recoger los condensados presentes en la última parte del colector de COV.

Todos los datos de COV, a menos que se indique lo contrario, se basan en mediciones realizadas durante un periodo de 7 semanas.

Durante el estudio de viabilidad, se llevó a cabo un análisis de las técnicas de tratamiento de COV más eficaces, y la elección recayó en el Oxidador Térmico Regenerativo (RTO). La RTO es una tecnología utilizada para tratar los COV incinerándolos a alta temperatura. El principio de funcionamiento de la RTO se muestra en la siguiente figura.

Compuestos orgánicos volátiles (COV)

Los compuestos orgánicos volátiles (COV) son sustancias químicas basadas en el carbono que se vaporizan fácilmente a temperatura ambiente.
Generalmente se producen en los procesos industriales, la combustión de combustibles fósiles, los disolventes, los productos de limpieza, las pinturas y los cosméticos.

Los COV pueden reaccionar con otras sustancias de la atmósfera para formar ozono y partículas finas, lo que provoca problemas de calidad del aire y de salud pública.
Algunos COV también se consideran contaminantes orgánicos persistentes (COP) por su naturaleza persistente y su potencial para bioacumularse en el medio ambiente.

Riesgos de explosión y LEL

Definiciones de las condiciones límite

Los riesgos de explosión asociados a los compuestos orgánicos volátiles (COV) están relacionados principalmente con su inflamabilidad.
Los COV tienen un punto de ebullición bajo, lo que significa que se evaporan fácilmente y pueden formar mezclas inflamables en el aire.
Cuando estas mezclas alcanzan una concentración suficientemente alta y existe una fuente de ignición, puede producirse una explosión.

Algunos COV, como el etano, el propano o el butano, son especialmente inflamables y pueden formar mezclas explosivas incluso a bajas concentraciones en el aire.
Otros COV, como los disolventes orgánicos, también pueden presentar un riesgo explosivo si están presentes en grandes cantidades y si las condiciones son propicias para la formación de una mezcla inflamable.

Los COV también pueden presentar el riesgo de superar los Límites Inferiores de Explosividad (LIE).
Los LIE son las concentraciones atmosféricas mínimas de COV necesarias para formar una mezcla explosiva.
Si la concentración de COV en el aire supera el LIE, el riesgo de explosión aumenta considerablemente.

Dilución de COV

Se puede prever la dilución del flujo de compuestos orgánicos volátiles (COV) utilizando aire fresco cuando los sensores de LEL detecten picos en el porcentaje del límite inferior de explosividad (LIE). Se ha realizado una estimación inicial del caudal necesario para reducir el porcentaje de LEL.

Las concentraciones y los valores de LEL estimados para N=10 se volvieron a calcular para distintos caudales. La siguiente figura ilustra el impacto de la dilución en el porcentaje de casos en los que el LEL supera el 17% y el 25%.

Al aumentar el caudal de 10.000 Nm3/h a 11.000 Nm3/h, los casos en los que el porcentaje de LEL supera el 25% disminuyen del 0,5% al 0,3%. Del mismo modo, al aumentar el caudal de 10.000 Nm3/h a 13.000 Nm3/h, los casos en los que el LEL supera el 25% disminuyen del 0,5% al 0,1%. En los casos en los que el LEL supera el 17%, un caudal de 13.000 Nm3/h reduce el número de casos en los que se supera el LEL de alrededor del 5% al 1%.

Modelización CFD de la dilución de COV

Definiciones de las condiciones límite

Para resolver las ecuaciones diferenciales parciales, hay que especificar las condiciones límite del cálculo. Las condiciones límite se habrán definido utilizando la información recopilada del equipo del proyecto. Los puntos de entrada del sistema se modelarán con precisión. Cada punto de suministro se modelizará individualmente (sujeto a la convergencia del modelo, ver método de cálculo).

Al definir las condiciones de contorno, hay que tener en cuenta la estabilidad del cálculo: las ecuaciones se resuelven de forma aproximada, en varias etapas, y es importante que nos acerquemos a la solución en cada etapa (ver método de cálculo).

Para los sistemas, las condiciones de contorno que dan el cálculo más estable son :

una entrada a la que se impone una velocidad o un caudal;
una salida a la que se aplica una presión o un caudal.

Éstas son las condiciones límite más habituales que se aplican en la resolución de los estudios. La aplicación de condiciones límite específicas al proyecto será objeto de un estudio detallado al inicio del encargo. En caso de no convergencia del modelo, EOLIOS adaptará/reducirá la geometría asegurándose de que se tienen en cuenta todos los aspectos aeráulicos que influyen en el estudio.

Principio de malla

Para los sistemas, las condiciones de contorno que dan el cálculo más estable son :

una entrada a la que se impone una velocidad o un caudal;
una salida a la que se aplica una presión o un caudal.

Estas son las condiciones límite más habituales que se aplican en la resolución de los estudios. La aplicación de condiciones límite específicas al proyecto será objeto de un estudio detallado al inicio del encargo. En caso de no convergencia del modelo, EOLIOS adaptará/reducirá la geometría asegurándose de que se tienen en cuenta todos los aspectos aeráulicos que influyen en el estudio.

La malla se genera automáticamente a partir de la geometría del modelo y de las condiciones de contorno mediante algoritmos que definen la solución óptima de convergencia.

La malla producida es de tipo híbrido. Los elementos de este tipo de malla se generan arbitrariamente, sin restricciones en su disposición, lo que permite generar geometrías complejas manteniendo una buena calidad de los elementos. La malla generada combina una mezcla de elementos de distintos tipos, tetraédricos, prismáticos o piramidales en 3D. Combina las ventajas de las mallas estructuradas y no estructuradas.

En cada uno de estos volúmenes, las ecuaciones de conservación se expresan en forma de ecuaciones algebraicas. Este conjunto de volúmenes finitos se denomina malla.

Modelización de compuestos volátiles

Esta sección describe el método utilizado para estudiar la difusión de los compuestos volátiles con el fin de investigar la homogeneidad de la mezcla en la salida.

Cuando la concentración de partículas en un medio varía de un punto a otro, estas partículas se desplazan de zonas donde su concentración es alta a zonas donde su concentración es baja: se dice que las partículas se difunden en el medio.

Para estudiar el fenómeno de la difusión de COV, utilizamos un modelo CFD que nos da resultados aproximados de las zonas más afectadas.

El modelo de difusión se basa en la ley de Fick y la caracterización por un coeficiente D de la difusión de gases en el aire. El coeficiente de difusión D depende de la naturaleza de las partículas que difunden y del medio en el que se mueven estas partículas. En el aire, los gases no siguen la trayectoria exacta del aire, sino que se difunden desde la fuente al aire según las tendencias aeráulicas.

Simulación CFD de un depósito de recogida (COV)

Estudio de velocidades del aire

Las figuras muestran planos de velocidad en distintos lugares (a la entrada del tanque de captura, a la salida del tanque de captura, en el punto de medición y dos planos dentro del tanque de captura). Estos planos ilustran una distribución no uniforme de la velocidad, especialmente pronunciada a la entrada del tanque de captura y menos pronunciada en el punto de medición.

Estas variaciones no homogéneas de la velocidad se atribuyen a los codos de los conductos, que crean zonas de recirculación que se extienden a gran distancia. Los bucles de recirculación creados por estas curvas favorecen la mezcla del flujo.

Los planos de velocidad dentro del depósito de recogida revelan la presencia de tres zonas principales de recirculación (marcadas con un círculo negro).
La primera zona de recirculación, situada a lo largo del eje del medio tubo, es la mayor de las tres zonas identificadas.
La mezcla se produce principalmente en esta zona.
En general, las amplitudes de velocidad dentro del tanque de captura son relativamente bajas, lo que es beneficioso para una mezcla eficaz.

Estudio de dilución de COV

Los dibujos muestran la distribución de COV en varios lugares, incluidas la entrada y la salida del depósito de recogida, la salida del primer codo aguas abajo del depósito de recogida y el punto de medición.

Graphique illustrant l'évolution extrême de la variable scalaire dans un catch tank, montrant les fluctuations et les tendances au cours du temps.

Estos dibujos muestran que la distribución de COV a la salida del depósito de recogida es más uniforme que a la entrada. La modificación del coeficiente de difusión a una temperatura de 10°C conduce a una mejora de la homogeneidad de la mezcla a la salida del depósito de recogida. Inicialmente, la disparidad de concentración en la entrada es de al menos 0,03 (es decir, 3%), pero disminuye a 0,016 (es decir, 1,6%) en cuanto la mezcla sale del tanque de captura.

Al pasar por las dos curvas, esta disparidad se reduce aún más hasta 0,00035 (es decir, 0,035%) en el punto de medición, como se muestra en la figura siguiente.