Análisis de las emisiones térmicas de 18 compresores diésel superpuestos en la cubierta de un buque offshore en el mar Báltico, para garantizar la fiabilidad de las instalaciones y el confort de los técnicos.
EOLIOS es experto en optimización de los flujos de aire complejos y en confort eólico. En el marco de un proyecto industrial de gran envergadura, se nos solicitó analizar el comportamiento termo-aeráulico de un sistema de compresión masivo instalado en la cubierta de un buque offshore que opera en el mar Báltico. El reto era considerable: simular los intercambios térmicos de 18 compresores diésel superpuestos para garantizar la fiabilidad de las instalaciones técnicas y la seguridad de las operaciones.
Lo esencial. En la cubierta de un buque offshore en el mar Báltico, 18 compresores diésel de 224 kW cada uno expulsan aire a casi 65 °C. Pese a un viento de frente de 6 m/s, la arquitectura naval atrapa el calor: las simulaciones CFD revelan recirculaciones de aire caliente, burbujas de calor que alcanzan los 47 °C en las zonas de intervención y fugas del 30 % en las evacuaciones. La solución validada por EOLIOS reduce estas fugas al 3 % y protege tanto las máquinas como a los técnicos.
EOLIOS es líder de la simulación CFD para tus procesos. Nuestros estudios se apoyan en la experiencia de campañas de medición en condiciones reales y de un centenar de sitios simulados por todo el mundo.
En un entorno marítimo sometido a fuertes emisiones de calor, las soluciones de ventilación estándar muestran sus límites. Gracias a un análisis que combina modelización 3D y simulación CFD, EOLIOS estudió el comportamiento real de los flujos de aire alrededor de 18 compresores diésel y propuso soluciones concretas para optimizar la evacuación de las emisiones, mejorar el confort térmico y garantizar la fiabilidad de las instalaciones en las zonas de producción.
La misión se articulaba en torno a cuatro objetivos:
Modelizar el buque, sus máscaras aeráulicas y los 18 compresores en sus condiciones meteorológicas reales.
Cuantificar las temperaturas de succión de las máquinas y las temperaturas ambiente en las zonas de intervención.
Identificar los mecanismos de recirculación y de estancamiento responsables de los sobrecalentamientos.
Validar una solución de evacuación de las emisiones que garantice la continuidad del servicio y la seguridad de los técnicos.
Para responder a este reto, nuestros ingenieros desarrollaron un gemelo digital completo del buque y de sus instalaciones técnicas. La reproducción fiel de la geometría compleja de las estructuras y de la disposición de los equipos en la cubierta es crucial para capturar los fenómenos de estela y de recirculación.
El « gemelo digital » es la réplica virtual 3D de una instalación real: geometría, fuentes de calor, entradas y salidas de aire, condiciones meteorológicas. Sirve de base a la simulación CFD para probar el comportamiento de la instalación en escenarios imposibles de reproducir in situ: vientos extremos, plena carga, variantes de diseño.
La modelización integró condiciones meteorológicas intensas propias del mar Báltico, con un viento de frente sostenido de 6 m/s unido a una temperatura exterior elevada. La principal dificultad de este estudio residió en la modelización precisa de estas condiciones de contorno inestables, donde el flujo de aire incidente encuentra una arquitectura naval que genera múltiples zonas de estancamiento y de desprendimientos aerodinámicos. Estas zonas limitan la renovación del aire alrededor de las instalaciones técnicas. En ausencia de una ventilación forzada y dirigida, estas zonas se convierten en trampas térmicas donde las calorías emitidas se estancan, aumentando localmente la temperatura ambiente independientemente de la fuerza del viento exterior.
La acumulación de 18 compresores en un espacio reducido representa una carga térmica colosal. En efecto, cada unidad desarrolla una potencia total de 224 kW, generando un flujo de calor masivo que debe evacuarse de forma continua para preservar la integridad del sistema. En funcionamiento, el aire se expulsa a una temperatura de salida próxima a los 65 °C, creando un auténtico foco calorífico en el corazón del buque. Sin una gestión rigurosa de los flujos, el riesgo de sobrecalentamiento es inmediato: las simulaciones revelaban que las temperaturas de succión podían alcanzar rápidamente el umbral crítico de los sistemas, amenazando la integridad de las máquinas y la continuidad del servicio.
Se habla de « recirculación » cuando una parte del aire caliente expulsado por una máquina es reaspirada, por ella misma o por una unidad vecina, en lugar de ser evacuada. La temperatura de aspiración aumenta entonces por encima de la temperatura exterior, degradando el rendimiento y pudiendo llevar a la parada de seguridad del equipo.
Nuestros ingenieros identificaron dos fenómenos físicos distintos que degradan el rendimiento:
Recirculaciones directas (bucles cortos): el aire caliente expulsado a la salida de ciertos compresores era reaspirado inmediatamente por las entradas de aire de las unidades vecinas.
Recirculaciones indirectas (calentamiento ambiente): el calor estancado alrededor de la estructura creaba un aumento global de la temperatura del aire circundante, «contaminando» así el aire fresco antes incluso de su aspiración por los sistemas.
Estos fenómenos de recirculación se derivan directamente de un confinamiento estructural en el que la disposición compacta de los compresores, unida a la presencia de obstáculos arquitectónicos masivos, aprisiona el aire en la cubierta. Esta configuración dificulta la circulación de los flujos e impide que la convección natural desempeñe su papel de regulador térmico, creando zonas de estancamiento donde las calorías se acumulan sin poder evacuarse. En ausencia de un barrido de aire fresco eficaz, la arquitectura del buque acaba actuando como una trampa, forzando la reaspiración del aire caliente y degradando así el rendimiento global de la instalación.
El confort de los técnicos y del personal de mantenimiento constituía también un punto crucial para el cliente, más allá de los meros retos de rendimiento térmico de los equipos. Las intervenciones humanas en la cubierta requieren, en efecto, condiciones ambientales compatibles con operaciones de mantenimiento a veces largas, realizadas en la proximidad inmediata de las fuentes de calor.
La física de los flujos muestra que, en ausencia de una solución optimizada, las calorías estancadas crean «burbujas de calor» que pueden alcanzar hasta 47 °C, haciendo que las intervenciones en la cubierta sean extremadamente penosas, incluso peligrosas. Estas acumulaciones térmicas aparecen principalmente en las zonas de escasa renovación de aire, donde los penachos calientes procedentes de los equipos tienden a concentrarse sin ser evacuados correctamente.
Una cuestión de seguridad laboral. A 47 °C el organismo ya no consigue evacuar su propio calor: la sudoración se vuelve ineficaz, la frecuencia cardíaca se dispara y el riesgo de golpe de calor aparece en unas decenas de minutos. Una intervención de mantenimiento prolongada en semejante burbuja térmica no solo es incómoda: es peligrosa.
El estudio se centró en la gestión de los flujos de descarga para canalizar el aire caliente lejos de las zonas sensibles. Nuestros primeros análisis pusieron de manifiesto un reto técnico importante: fugas de aire caliente que alcanzaban el 30 % en las uniones de los sistemas de evacuación, lo que anulaba una parte de los beneficios y mantenía un sobrecalentamiento local.
La pericia técnica se centró en el desarrollo de una conexión perfectamente estanca entre los compresores y los conductos de descarga. Esta configuración es indispensable para canalizar el aire expulsado a 65 °C y transformar la presión residual de las máquinas en una velocidad de expulsión capaz de atravesar las zonas de estela estructural. Sin embargo, el paso a un sistema estanco obliga a controlar las pérdidas de carga generadas por la geometría compleja y los codos de los conductos, que actúan como resistencias al flujo. El reto es entonces crítico: si estas pérdidas de carga superan la presión estática disponible a la salida, el caudal de aire se desploma, provocando un sobrecalentamiento interno de los equipos.
Gracias a la simulación CFD, EOLIOS validó un diseño que reduce las fugas del 30 % a solo el 3 %, garantizando que la totalidad de la energía neumática se dirija hacia la evacuación para compensar las resistencias de la red. Esta ganancia de rendimiento asegura que el aire fresco siga siendo predominante alrededor de las instalaciones, transformando una configuración de alto riesgo en un entorno de trabajo seguro y térmicamente controlado.
La « pérdida de carga » designa la pérdida de presión que sufre un fluido al atravesar una red: rozamientos a lo largo de las paredes, codos, estrechamientos, uniones. Cuanto más tortuosa es la red, mayor es la resistencia; si supera la presión disponible, el caudal cae y la evacuación del calor deja de estar garantizada.
Este estudio ilustra la importancia de la aportación de la modelización numérica en fase de diseño o de rehabilitación. Al revelar los riesgos térmicos mucho antes de la instalación real, permitimos al cliente ajustar su diseño para garantizar una eficacia máxima en las condiciones más duras.
¿Trabajas en un proyecto donde la gestión de los flujos de calor y el confort de los operarios son determinantes? Recurre a nuestra pericia CFD para asegurar tus decisiones y optimizar tus intervenciones desde la fase de estudio.
Saber hacer: el estudio CFD de los grupos electrógenosRecirculación de aire caliente, refrigeración en el mar y aportación de la simulación CFD.
La disposición compacta de las unidades y los obstáculos arquitectónicos del buque crean zonas de estela donde el aire se estanca. El aire expulsado a casi 65 °C es entonces reaspirado inmediatamente por las entradas de aire vecinas (bucle corto), o bien calienta el ambiente general antes de la aspiración (recirculación indirecta), degradando el rendimiento del conjunto.
No. Incluso con un viento de frente sostenido de 6 m/s, la arquitectura naval genera zonas de estancamiento y desprendimientos aerodinámicos que limitan la renovación del aire alrededor de las instalaciones. Sin ventilación dirigida, estas zonas se convierten en trampas térmicas donde las calorías se acumulan, independientemente de la fuerza del viento exterior.
Un cálculo clásico razona en balances globales y no ve los fenómenos locales: recirculaciones, estelas, burbujas de calor. La CFD resuelve el campo de velocidad y de temperatura en todo punto del dominio y revela estos mecanismos invisibles, permitiendo probar variantes de diseño antes de cualquier instalación real.
Desarrollando una conexión perfectamente estanca entre los compresores y los conductos de descarga, validada por simulación. La presión residual de las máquinas se convierte en velocidad de expulsión capaz de atravesar las zonas de estela, controlando a la vez las pérdidas de carga de la red para que el caudal no se desplome.
Sí. La misma metodología (gemelo digital, condiciones meteorológicas reales, análisis de las recirculaciones) se aplica a los grupos electrógenos, a las salas de máquinas, a las plataformas offshore y a cualquier proceso que emita calor en un espacio cerrado o semiabierto.
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Este estudio termo-aeráulico se centra en el análisis de los flujos de aire y de las emisiones térmicas de 18 compresores diésel instalados en la cubierta de un buque offshore en el mar Báltico. Gracias a una modelización 3D de alta fidelidad y a simulaciones CFD avanzadas, los ingenieros identificaron fenómenos críticos de recirculación de aire caliente y de estancamiento térmico que podían provocar temperaturas peligrosas para los equipos y los técnicos. El estudio permitió diseñar una solución optimizada de confinamiento y de evacuación de los flujos, reduciendo fuertemente las fugas de aire caliente y mejorando a la vez la fiabilidad de las instalaciones, el confort térmico de los operarios y la seguridad global del sistema en condiciones climáticas severas.
Más allá del caso marítimo, el enfoque es transferible a cualquier instalación que emita calor en un espacio restringido: grupos electrógenos, salas de máquinas, cubiertas técnicas, plataformas industriales. Para seguir leyendo:
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