Estudio de radiación y ventilación de una lingotera industrial
Estudio de la radiación y la ventilación en una lingotera industrial
Año
2025
Cliente
NC
Ubicación
Francia
Tipología
Proceso industrial
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La misión de EOLIOS ingénierie: experiencia en simulación CFD y ventilación industrial
Los ingenieros de EOLIOS están especializados en analizar las temperaturas estructurales y optimizar el confort térmico.
La experiencia de EOLIOS en simulación CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) y análisis térmico de estructuras desempeñó un papel decisivo en el estudio de un horno industrial que generaba una intensa radiación sobre vigas metálicas, lo que provocaba riesgos de deformación. Nuestra experiencia nos permitió cartografiar las temperaturas estructurales y predecir las zonas de sobrecalentamiento, evaluando al mismo tiempo el confort térmico de los empleados. Este enfoque ayudó a optimizar la seguridad de las instalaciones y a garantizar unas condiciones de trabajo aceptables en la planta.
Proyecto termoaerúlico de optimización de las condiciones térmicas y aeráulicas en un centro de producción industrial de sílice
Estudio de radiación y ventilación en torno a un nuevo horno eléctrico
En una planta industrial dedicada a la fabricación de sílices técnicas utilizadas en diversos sectores, como neumáticos y cosméticos, el proceso se basa en la fusión de silicato de sodio a alta temperatura. Una vez calentado a unos 1.200°C, el material fundido se transfiere a lingoteras, donde se enfría rociándolo con agua antes de almacenarlo temporalmente en un foso.
Como parte de una transición energética, el centro tiene previsto sustituir un horno de aceite existente por un horno eléctrico de nueva generación, más eficiente y que emite menos emisiones. Sin embargo, este desarrollo tecnológico conlleva nuevos retos, sobre todo en términos demayor potencia térmica,temperaturas radiadas más elevadas y riesgo de sobrecalentamiento estructural en una nave parcialmente abierta.
En este contexto, se pidió a EOLIOS que realizara un estudio térmico-aire completo. El objetivo era evaluar con precisión el impacto térmico del futuro horno sobre el entorno inmediato, utilizando una modelización numérica avanzada (CFD ) y una auditoría in situ de las condiciones existentes. El análisis se llevó a cabo en dos fases: una primera dedicada a la configuración actual de la instalación, que sirve de referencia para la comparación, y una segunda dedicada al diseño del proyecto, que incorpora simulaciones detalladas de la radiación y la circulación del aire.
El estudio se diseñó para responder a una serie de retos: garantizar la resistencia mecánica de las vigas expuestas a la radiación, mantener el confort térmico de los operarios y prever las posibles necesidades de ajuste en términos de ventilación natural o mecánica. En un entorno con una gran inercia térmica, optimizar el comportamiento del flujo de aire y la protección pasiva se convierte en una palanca estratégica para el rendimiento y la sostenibilidad.
Estudio térmico y aeráulico en torno al horno de sílice
Calentamiento estructural debido a la radiación de la colada
La sustitución del horno de aceite por un horno eléctrico de mayor capacidad intensificará el proceso térmico, con lo que las temperaturas de fusión se mantendrán próximas a 1.200°C y se duplicará el rendimiento. El principal problema detectado se refiere a la radiación térmica generada por el vidrio fundido, sobre todo a la salida de las boquillas de vertido. Esta radiación afecta directamente a las estructuras portantes del edificio y, en particular, a las vigas metálicas situadas sobre los moldes. Estos elementos están diseñados para temperaturas que pueden superarse localmente, como demuestran las lecturas termográficas tomadas durante la auditoría inicial. El riesgo no es sólo mecánico: también afecta a la durabilidad de los materiales, la resistencia de las fijaciones y la fiabilidad de los equipos situados en las proximidades.
Imágenes térmicas de las vigas alrededor de la colada
Circulación del aire y estancamiento térmico en la nave
Además de estos problemas de radiación, el funcionamiento del horno genera una potente circulación ascendente de aire, ligada a la liberación de calor intenso en un edificio que está en gran parte abierto al exterior. La dinámica de los flujos de aire es compleja: las corrientes térmicas naturales, la velocidad del viento, la forma del edificio, las plataformas suspendidas y los obstáculos mecánicos interactúan para producir zonas de recirculación o estancamiento del calor en sectores localizados, que a menudo son críticos para el funcionamiento. Así, las simulaciones revelaron vetas de aire caliente que corrían a lo largo de ciertas paredes, calentamiento residual en fosos o zonas de ventilación, y diferencias significativas entre el norte y el sur de la nave.
La automatización desempeña un papel crucial en la eficiencia operativa de los centros de datos a hiperescala. Los sistemas automatizados supervisan y gestionan casi todas las facetas de las operaciones diarias, reduciendo la necesidad de intervención humana constante y minimizando el riesgo deerror humano. Esta automatización incluye la gestión de servidores, el control del consumo de energía y el mantenimiento preventivo.
Confort del operario y control del entorno de trabajo
Por último, estos fenómenos repercuten directamente en las condiciones de trabajo de las zonas ocupadas. La ausencia de aberturas hacia el sur, la adición de lonas para limitar el polvo o la configuración de los fosos pueden provocar un sobrecalentamiento localizado en determinadas zonas sensibles del edificio: plataformas de vertido, zonas de circulación, entreplantas o salas técnicas. En algunos casos se han detectado diferencias de temperatura de +10 a +15°C con respecto al exterior. Esta situación puede provocar incomodidad térmica a los operarios, e incluso estrés en los equipos, sobre todo en las condiciones de verano modelizadas.
Enfoque metodológico y simulaciones numéricas CFD
Auditoría técnica del emplazamiento y encuestas sobre el terreno
Antes de cualquier modelización, los ingenierosde EOLIOS realizaron in situ una auditoría aeráulica y térmica.
Esta fase inicial permitió recoger datos precisos sobre las condiciones reales de funcionamiento de la nave de producción.
Se llevaron a cabo inspecciones con cámaras termográficas para identificar las zonas sometidas a altas temperaturas, sobre todo alrededor de las vigas de carga, la colada y los fosos.
Además, se realizaron pruebas de humo para visualizar los flujos de aire, confirmando la presencia de venas ascendentes de aire caliente y zonas de estancamiento.
Toda esta información, combinada con los levantamientos geométricos mediante medidores láser, se utilizó como base para construir el modelo 3D.
Imágenes térmicas de la fosa de cristal
Vídeo de pruebas de humo
Construcción de un modelo CFD realista y específico
El modelo CFD se desarrolló a partir de los planos suministrados, fotos tomadas durante la auditoría y un estudio detallado del emplazamiento. El objetivo era representar con precisión los volúmenes, estructuras y equipos que influyen en el flujo de aire y el intercambio de calor. El modelo incluye plataformas , vigas , fosos de refrigeración , aberturas al exterior , cortinas , así como futuras instalaciones planificadas alrededor del horno eléctrico .
La malla digital híbrida consta de decenas de millones de celdas , con refinamiento localizado en áreas críticas: alrededor de la fundición, debajo de las plataformas y a la altura de los conductos del soplador. Este nivel de detalle garantiza una reproducción fiel de los gradientes térmicos y aerodinámicos , al tiempo que asegura la estabilidad numérica del cálculo .
Modelo 3D de la planta adaptado al CFD
Supuestos de modelización y condiciones límite
Las condiciones límite se establecieron a partir de los datos de la auditoría y de los valores proporcionados por el cliente. Las principales fuentes de calor son :
- vidrio fundido (modelado de 1200°C a 300°C a lo largo del molde),
- las paredes del horno (alrededor de 80°C),
- fosas (de 250°C a 50°C según la zona),
- equipos en movimiento (como cintas transportadoras a 70°C).
ChatGPT dijo:
Herramientas y modelo de turbulencia utilizados
Todas las simulaciones se llevaron a cabo utilizando un solucionador CFD industrial basado en las ecuaciones de Navier-Stokes , con un modelo de turbulencia k-ε estándar , especialmente adecuado para entornos de ventilación interna .
Este modelo permite reproducir los fenómenos de estratificación , recirculación y aceleración de masas de aire en geometrías complejas como la del lugar estudiado.
Se ha prestado especial atención a la convergencia de los cálculos, con un umbral de precisión del 10-⁴ en los residuos, garantizando la fiabilidad de los resultados y la estabilidad del modelo.
Soluciones propuestas: confort térmico, seguridad y rendimiento estructural
Impacto térmico del horno en las estructuras existentes
ChatGPT dijo:
Efectos del aislamiento y las barreras contra la radiación en las temperaturas
Evaluar el confort térmico en las zonas de trabajo
Las simulaciones revelaron una importante estratificación térmica en toda la nave, con temperaturas que oscilaban entre 38°C y 52°C entre el suelo y el techo. Las zonas más afectadas se encuentran al sur del horno, en sectores inicialmente poco ventilados, donde se observó un estancamiento del calor. En estas zonas, el delta térmico puede llegar a +12°C con respecto al exterior, lo que repercute en el confort y las condiciones de trabajo.
La adición de una abertura en la fachada sureste, recomendada por EOLIOS, permitió introducir un flujo de aire fresco en las simulaciones. Esta modificación reduce las temperaturas en la zona crítica a unos 43°C, y mejora significativamente la circulación del aire. Además, las cortinas térmicas colocadas alrededor de las zonas de vertido resultaron eficaces para proteger a los operarios de la radiación directa.
Rendimiento de la solución técnica final propuesta
La configuración final, que incorpora todos los dispositivos recomendados por EOLIOS (escudo antirradiación en forma de U con aislamiento, cortinas térmicas, ventiladores localizados, abertura en la fachada), permite reducir las temperaturas de las vigas a niveles compatibles con su uso actual, garantizando al mismo tiempo atmósferas aceptables para el personal.
Los resultados muestran temperaturas del haz por debajo de 100°C en la mayoría de los casos, con algunos picos de 115-150°C en las zonas más próximas a las bocas de vertido. El aire ambiente en las zonas de trabajo suele estar próximo a la temperatura exterior (38-40°C), y los penachos de calor están bien canalizados hacia el techo, lejos de los puestos de trabajo.
Esta solución equilibrada reduce significativamente las tensiones térmicas en las estructuras, al tiempo que mantiene un buen nivel de confort térmico en el entorno inmediato del proceso.
La experiencia de EOLIOS ingénierie en la resolución de problemas termo-aerodinámicos en la industria
Recomendaciones adaptadas a cada proyecto
Experiencia de EOLIOS en rendimiento térmico y seguridad industrial
Gracias a su experiencia en ingeniería térmico-aérea y al uso de herramientas avanzadas de simulación digital (CFD), EOLIOS ha permitido al operador del centro de producción de síliceanticipar con precisión los efectos térmicos asociados a la instalación de un nuevo horno eléctrico de gran potencia.
El estudio puso de relieve las zonas sensibles al sobrecalentamiento y la compleja dinámica del flujo de aire dentro de la nave, al tiempo que identificó palancas concretas de mejora para aumentar la seguridad estructural, la comodidad de los operarios y la durabilidad de los equipos.
Al proponer una solución integral que incorporaba barreras contra la radiación optimizadas, ventilación natural y mecánica adecuadas y aberturas de fachada mejoradas, EOLIOS contribuyó a garantizar el éxito del proyecto como parte de una transición energética controlada.
Este proyecto ilustra la capacidad deEOLIOS paraapoyar a los fabricantes en sus proyectos más exigentes, combinando el análisis de campo, el modelado digital de alto nivel y la ingeniería aplicada para transformar la complejidad térmica en un rendimiento sostenible y seguro.
Más información sobre este tema:
Vídeo resumen del estudio
Resumen del estudio
El estudio termo-aerodinámico realizado por EOLIOS ha permitido caracterizar con precisión los efectos del nuevo horno eléctrico en el entorno de la obra, tanto en términos de la estructuras y comodidad del operario. Gracias a una modelización CFD detallada y a una auditoría de campo en profundidad, la Se han identificado zonas de sobrecalentamiento, estancamiento de aire y radiación excesiva. Las soluciones técnicas propuestas -barreras contra la radiación, mejoras de la ventilación y protección térmica- garantizan ahora que el seguridad de las estructuras, control de los entornos de trabajo y durabilidad de las instalaciones. Este estudio ilustra la capacidad de EOLIOS para apoyar a los fabricantes en la transición hacia procesos más eficaces y sostenibles.
Vídeo resumen de la misión
