Optimización del confort térmico de los operarios y de la eficiencia energética de la fábrica Verallia Cognac, en el contexto de un paso de un horno de gas a un horno eléctrico.
El objetivo principal del estudio es implantar soluciones para optimizar el confort térmico de los operarios en torno a su puesto de trabajo, tanto en la zona fría como en la zona caliente de la fábrica. Esto incluye también la optimización de los consumos de energía ligados a la gestión climática de la fábrica. Se presta una atención especial al diseño de las entradas de aire específicas para una sustitución de horno de gas por horno eléctrico.
Un objetivo secundario es limitar los efectos de las corrientes de aire en las zonas de proceso sensibles, que pueden tener un impacto negativo en las operaciones de producción y causar defectos recurrentes.
La complejidad de los fenómenos termoaeráulicos en el dimensionamiento se debe a numerosos factores tales como las temperaturas radiantes de las paredes, el tiro térmico, la presión del viento, la resistencia interna al flujo de aire vertical, las características de las aberturas de la envolvente del edificio, el terreno local o incluso la protección contra el viento. En este entorno donde el edificio no está regulado térmicamente, el control de los ambientes se realiza principalmente mediante el aporte de aire fresco por tiro natural hacia los aireadores estáticos de cubierta y por ventilación forzada (extracción o impulsión).
Lo esencial. EOLIOS optimiza el confort térmico de los operarios y la eficiencia energética de la cristalería Verallia Cognac, en el contexto del paso de un horno de gas a un horno eléctrico. Una auditoría in situ (ensayos de humo, cámara térmica) y un modelo CFD 3D mostraron que la parada del horno de gas invierte el aireador estático en entrada de aire. La regulación de las lamas y la compartimentación entre zona caliente y zona fría restablecen el confort en invierno y reducen la factura energética.
Para evaluar los movimientos del aire, se realizaron ensayos de humo con el fin de visualizar las trayectorias del aire e identificar posibles zonas de estancamiento o de mala ventilación que pudieran generar una mala calidad del aire en dichas zonas.
El ensayo de humo libera un humo trazador no contaminante para hacer visibles las trayectorias reales del aire. Revela las zonas de estancamiento y las circulaciones parásitas entre las distintas zonas de la fábrica, imperceptibles a simple vista.
Además, se utilizaron cámaras térmicas para visualizar las temperaturas de las paredes y para identificar las zonas de fuertes aportes o pérdidas térmicas. Esta información se utilizó para cuantificar los fenómenos térmicos y las zonas que presentan puntos calientes y puntos fríos.
La auditoría aeráulica permitió poner en evidencia las zonas donde se necesitan mejoras para optimizar la ventilación, la temperatura y la calidad del aire en la fábrica. Se formularon recomendaciones para remediar los problemas detectados y mejorar así las condiciones de trabajo de los operarios y la eficiencia energética de las instalaciones.
Los datos climatológicos de la estación meteorológica de Cognac-Châteaubernard se utilizan para definir las condiciones climáticas exteriores necesarias para el estudio de las ventilaciones de la fábrica.
La velocidad y la dirección de los vientos así como la temperatura mínima media en invierno y la temperatura máxima media en verano se registraron, junto con los picos de temperatura más extremos alcanzados.
Estos datos son esenciales para determinar las condiciones climáticas reales y adaptar las estrategias de ventilación y de climatización con el fin de asegurar el confort de los operarios en la fábrica a lo largo de todo el año.
La mecánica de fluidos numérica (o CFD) reúne el conjunto de los métodos numéricos utilizados para estudiar los flujos de fluidos en un entorno dado. Como las ecuaciones que rigen estos flujos no pueden resolverse analíticamente, el método de los elementos finitos permite resolverlas numéricamente.
En el ámbito de la edificación, un estudio CFD puede aportar a los diseñadores información precisa sobre las velocidades de aire, las presiones y las temperaturas que se producirán en el interior y alrededor de los sistemas estudiados. Este tipo de estudio es especialmente útil para estudiar el diseño de los sistemas de ventilación y de climatización en grandes espacios. Permiten optimizar el confort interior verificando que las entradas y salidas de aire aseguren una ventilación adecuada del volumen, garantizando así un confort óptimo para los ocupantes. Estas simulaciones son esenciales para asegurar un diseño eficaz, contribuyendo así a mejorar la eficiencia energética y el bienestar de los usuarios.
En el marco del estudio, se creó un modelo 3D a partir de los planos y las secciones facilitados, incluyendo la geometría del emplazamiento y de su entorno en un radio de 300 metros. Para este estudio, los tipos de paredes, las superficies abiertas al exterior, los puntos de impulsión, las tomas de retorno y todo sistema que emite calorías al espacio, identificados durante la auditoría, se modelizan y se tienen en cuenta de manera precisa.
Un aireador estático (o lucernario en cubierta) evacua el aire caliente por tiro térmico, sin motor. Su sentido de funcionamiento depende del tiro: con el horno apagado, puede invertirse en entrada de aire. Su estudio corresponde al dimensionamiento de los aireadores estáticos.
Tras verificar la precisión y la eficacia del modelo de simulación utilizado para el estudio CFD comparando los primeros resultados con las mediciones realizadas sobre el terreno durante la auditoría, se realizan simulaciones sobre la configuración actual de la fábrica en situación invernal. Se observa que la parada del horno de gas reduce el tiro térmico y el aireador estático pasa por tanto a funcionar como entrada de aire y trae el aire fresco así como los contaminantes, además de perturbar los flujos de aire en la fábrica.
Además, nuestros estudios también mostraron que los principales problemas relativos al confort térmico de los operarios provenían en primer lugar de la falta de regulación de las lamas, generando en invierno entradas de aire indeseables. Otra causa de estos problemas es la considerable abertura entre la zona caliente y la zona fría, que crea importantes movimientos de aire entre una y otra que perturban en gran medida los flujos de aire de los sistemas de calefacción de la zona fría, generando zonas muertas y resultando en zonas de desconfort para los operarios.
Se realizó una nueva simulación invernal que implicaba la adición de soluciones para bloquear la propagación del aire fresco que entra por las lamas así como una compartimentación que permite separar más eficazmente la zona caliente de la zona fría. Esta simulación demuestra una clara mejora de la eficacia de los sistemas de calefacción en la zona donde trabajan los operarios gracias a las soluciones técnicas propuestas.
En una cristalería, la zona caliente designa el horno y la conformación del vidrio fundido; la zona fría, el recocido, el control y el embalaje. Gestionar los intercambios de aire entre estas dos zonas de necesidades térmicas opuestas es uno de los retos clave del estudio.
Además, otra simulación permitió mostrar que, con la activación del nuevo horno eléctrico, el tiro térmico es suficiente para el buen funcionamiento del aireador estático en extracción de aire, suprimiendo el flujo de aire parásito generado anteriormente en la zona de trabajo.
Los datos climatológicos de la estación meteorológica de Dunkerque son de una importancia capital para definir las condiciones climáticas exteriores necesarias para el estudio de las ventilaciones de la fábrica. 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 y de climatización con el fin de garantizar el confort óptimo de los operarios de la fábrica a lo largo de todo el año.
Este tipo de estudio CFD sobre la termoaeráulica del edificio permite mejorar en gran medida la eficiencia energética minimizando las pérdidas de energía y maximizando el uso del calor generado, lo que mejora el rendimiento energético global del proceso de producción. Así, la optimización energética de un edificio tipo cristalería presenta numerosas ventajas. Permite en primer lugar reducir los costes energéticos optimizando las instalaciones, los procesos de calefacción y los intercambios térmicos entre la zona caliente y la zona fría, generando así ahorros en la factura energética ligada a la calefacción de la zona fría.
Por otra parte, la optimización energética contribuye a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero disminuyendo la demanda de energía y limitando las emisiones de CO2 y de otros contaminantes procedentes de la combustión de los combustibles fósiles. Por último, la mejora de la sostenibilidad medioambiental de la empresa gracias a medidas de optimización energética permite responder a las expectativas de los clientes y de las partes interesadas en materia de prácticas sostenibles, reforzando así la imagen de la empresa. La optimización energética de una cristalería ofrece, por tanto, beneficios significativos tanto en el plano económico como en el medioambiental.
A recordar. En una cristalería, cambiar de horno reordena los equilibrios aeráulicos: son la regulación de las lamas y la compartimentación entre zona caliente y zona fría, más que la calefacción auxiliar, las que restablecen el confort de los operarios reduciendo al mismo tiempo el consumo de energía.
Ventilación natural, transición horno gas/eléctrico y confort térmico en cristalería.
Como el edificio no está regulado térmicamente, la ventilación natural por tiro hacia los aireadores de cubierta asegura la mayor parte de la renovación de aire, completada por una ventilación forzada donde el tiro por sí solo no basta. Un enfoque similar se aplicó en nuestro proyecto ventilación natural de una fábrica siderúrgica.
Un horno de gas desprende mucho calor y mantiene un fuerte tiro térmico. Al pararse, el aireador estático se invierte en entrada de aire y trae aire fresco y contaminantes. El horno eléctrico restablece un tiro suficiente para que el aireador vuelva a extraer.
La zona caliente reúne el horno y la conformación del vidrio fundido; la zona fría, el recocido, el control y el embalaje. Una abertura demasiado amplia entre ambas crea movimientos de aire que perturban la calefacción de la zona fría.
El estudio recomienda regular las lamas para bloquear las entradas de aire indeseables en invierno y compartimentar la zona caliente y la zona fría, lo que mejora netamente la eficacia de los sistemas de calefacción en la zona de trabajo.
Al limitar las pérdidas de calor de la zona fría y aprovechar el calor ya producido, la ventilación optimizada reduce el recurso a la calefacción auxiliar, y por tanto el consumo de energía y las emisiones de CO2 asociadas.
Explora nuestras especialidades, proyectos y dosieres técnicos para ir más allá de la FAQ.
El estudio busca mejorar el confort térmico de los operarios reforzando al mismo tiempo la eficiencia energética. La transición de un horno de gas a un horno eléctrico está planificada para optimizar las condiciones térmicas. Velar por reducir las corrientes de aire en las zonas sensibles es un objetivo complementario para evitar las perturbaciones de la producción. Se estudia toda la complejidad de los fenómenos termoaeráulicos, teniendo en cuenta elementos tales como las temperaturas de las paredes, el tiro térmico y la presión del viento. En este contexto no regulado térmicamente, el aporte de aire fresco por los aireadores de cubierta y la ventilación forzada son estrategias clave para regular el entorno.
Experiencia CFD, proyectos realizados y dosieres técnicos: todo el ámbito Industrias en un único punto de acceso.
Lo más sencillo es hablarlo juntos. Nuestros ingenieros te responden con una primera lectura técnica.
