Raccomandazioni per una ventilazione ottimale e una dispersione efficace degli inquinanti di un'acciaieria: dimensionamento e posizionamento di un nuovo aeratore statico in copertura.
Il progetto realizzato dall'azienda EOLIOS per l'acciaieria Aubert et Duval consiste in uno studio di dimensionamento e di posizionamento di un nuovo aeratore statico (Robertson) sulla copertura. L'obiettivo principale di questo studio è garantire una ventilazione efficace dell'acciaieria determinando le dimensioni ottimali dell'aeratore statico.
L'essenziale. EOLIOS ha dimensionato e posizionato un nuovo aeratore statico (Robertson) sulla copertura dell'acciaieria Aubert et Duval. Rilievi dei tre capannoni, prove fumogene, termografia a infrarossi e dodici mesi di dati meteo hanno alimentato un modello CFD: l'aggiunta di un aeratore a shed sopra il forno 8 fa calare la temperatura sotto il tetto e accelera l'evacuazione dei fumi, a portata di estrazione pressoché costante.
L'azienda EOLIOS realizza un progetto per l'acciaieria Aubert et Duval, che consiste in uno studio di dimensionamento e di posizionamento di un nuovo aeratore statico sulla copertura. L'obiettivo principale è garantire una ventilazione efficace dell'acciaieria determinando le dimensioni ottimali dell'aeratore. Questo permetterà di rispettare le norme sulle emissioni di inquinanti, di ottimizzare il comfort aeraulico e termico, e di migliorare la qualità dell'aria.
Lo studio comprende anche un'analisi approfondita dei movimenti d'aria nell'acciaieria per comprendere meglio la distribuzione della polvere e del fumo generati dalle operazioni industriali. Questa analisi permetterà di valutare l'impatto dell'aeratore sulla dispersione di queste particelle e di proporre misure di prevenzione e di controllo dell'inquinamento.
I risultati di questo studio saranno essenziali per definire con precisione le dimensioni dell'aeratore e la sua posizione ottimale sulla copertura. Inoltre, permetteranno di formulare raccomandazioni per limitare la dispersione della polvere e del fumo, garantendo così una migliore qualità dell'aria e riducendo i rischi di inquinamento.
Un aeratore statico (o lucernario, tipo Robertson) è un dispositivo di estrazione in copertura senza motore: evacua l'aria calda per tiraggio termico, dove la differenza di densità tra l'aria interna calda e l'aria esterna genera il moto ascendente.
Va notato che lo studio considera diversi scenari, con diverse configurazioni e portate d'aria. Gli obiettivi dello studio consistono quindi nel dimensionare l'aeratore in modo adeguato a ogni scenario, rispettando al contempo le norme sulle emissioni e migliorando la qualità dell'aria.
Nel corso dello studio realizzato per l'acciaieria Aubert et Duval, sono state svolte diverse attività per comprendere i fenomeni termo-aeraulici del sito.
Un giro completo dello stabilimento ha permesso di visualizzare i diversi processi e di comprendere le problematiche specifiche.
Sono stati effettuati rilievi per determinare la posizione e le dimensioni delle alette e delle aperture nei tre capannoni dell'acciaieria.
Sono state scattate immagini termiche per misurare la temperatura delle pareti, mentre sono stati effettuati rilievi dimensionali per realizzare modellazioni 3D delle parti mancanti.
Le prove fumogene sono diventate uno strumento imprescindibile per valutare i fenomeni termo-aeraulici sui siti industriali. Queste prove permettono infatti di visualizzare i flussi d'aria e di individuare le eventuali zone di stagnazione, offrendo così un'analisi precisa della circolazione dell'aria in un ambiente dato.
La prova fumogena consiste nel liberare un fumo tracciante non inquinante, a base di acqua e glicole, per rendere visibili le traiettorie dell'aria. Rivela le zone di stagnazione e le circolazioni reali, impossibili da percepire a occhio nudo.
Queste prove fumogene svolgono un ruolo chiave nell'analisi dei fenomeni termo-aeraulici del sito. Permettono di individuare i punti sensibili e di proporre soluzioni adeguate per migliorare la circolazione dell'aria e la qualità dell'ambiente termico.
Realizzate di recente sul sito industriale, queste prove hanno permesso di mettere in evidenza le diverse traiettorie dell'aria, dalla fonte di calore fino alle uscite di aerazione, passando per tutti gli elementi dell'edificio. Grazie a queste osservazioni, gli ingegneri hanno potuto determinare i punti caldi nonché le zone in cui l'aria era mal ventilata.
Per condurre queste prove, sono stati utilizzati fumi speciali. Questi sono stati generati a partire da un liquido a base di acqua e glicole non inquinante, garantendo così l'innocuità per l'ambiente e la salute delle persone presenti sul sito.
I risultati ottenuti hanno permesso di individuare zone in cui l'aria era stagnante, favorendo così la formazione di correnti d'aria calda e di microclimi sgradevoli per i lavoratori.
Grazie a queste informazioni, sono stati apportati miglioramenti alla ventilazione del sito, permettendo così di creare un ambiente di lavoro più gradevole e più sicuro.
Successivamente, sono state utilizzate immagini termiche per mettere in evidenza le principali fonti dei fenomeni termici e le diverse zone più o meno dense di calore.
Le temperature rilevate sono state confrontate con i risultati delle simulazioni CFD per verificarne la coerenza. È stata presa in considerazione l'emissività delle diverse superfici per stimare le temperature.
Durante due visite sul sito, sono state rilevate le condizioni meteorologiche esterne, che serviranno da base per le simulazioni di base. Successivamente, i dati meteorologici della stazione meteo più vicina al sito sono stati raccolti su un periodo di 12 mesi.
Queste informazioni precise sui rilievi meteo ci permetteranno di selezionare le condizioni climatiche appropriate in funzione degli obiettivi dello studio. Le condizioni rilevate durante la seconda visita sono state utilizzate per la prima modellazione al fine di confermare una corretta implementazione delle condizioni nel modello.
Le informazioni raccolte comprendono la velocità e la direzione dei venti, nonché la temperatura minima media in inverno e la temperatura massima media in estate. Inoltre, sono presi in considerazione anche i picchi di temperatura più estremi registrati.
Questi dati svolgono un ruolo cruciale nell'adattamento delle strategie di ventilazione per garantire il comfort ottimale degli operatori dello stabilimento durante tutto l'anno.
La simulazione è stata realizzata utilizzando il metodo della CFD (Computational Fluid Dynamics), che permette di analizzare e prevedere i movimenti dei fluidi come l'aria e i gas. Questo approccio virtuale permette di simulare i fenomeni termo-aeraulici nell'acciaieria tenendo conto delle interazioni tra le diverse superfici, le fonti di calore e i flussi d'aria. Grazie alla CFD, è possibile visualizzare e analizzare in dettaglio i flussi, le temperature e le concentrazioni di gas, il che contribuisce a una migliore comprensione dei processi e all'ottimizzazione delle prestazioni e della sicurezza degli impianti.
La modellazione geometrica è una fase chiave nelle simulazioni CFD. Permette di rappresentare fedelmente la geometria del sito o dell'edificio studiato e di definire le condizioni al contorno come le pareti, le aperture verso l'esterno e gli apporti interni di calore. La modellazione geometrica permette anche di semplificare il modello eliminando gli elementi non rilevanti, facilitando così l'interpretazione dei risultati.
La simulazione è stata realizzata utilizzando il metodo della CFD (Computational Fluid Dynamics), che permette di analizzare e prevedere i movimenti dei fluidi come l'aria e i gas. Questo approccio virtuale permette di simulare i fenomeni termo-aeraulici nell'acciaieria tenendo conto delle interazioni tra le diverse superfici, le fonti di calore e i flussi d'aria. Grazie alla CFD, è possibile visualizzare e analizzare in dettaglio i flussi, le temperature e le concentrazioni di gas, il che contribuisce a una migliore comprensione dei processi e all'ottimizzazione delle prestazioni e della sicurezza degli impianti.
Nel contesto degli edifici, la CFD permette di studiare le velocità dell'aria, le pressioni e le temperature all'interno e attorno agli spazi costruiti. Questo permette di comprendere meglio le condizioni aerauliche e termiche, in particolare per la progettazione dei sistemi di ventilazione e di climatizzazione. Le simulazioni CFD sono particolarmente utili per migliorare il comfort interno ottimizzando i flussi d'aria, il che contribuisce a una migliore efficienza energetica e al benessere degli occupanti.
Durante questo studio, sono state esaminate due configurazioni per valutare l'efficacia dell'estrazione di polvere nel caso del forno in modalità porta aperta. La prima configurazione era la configurazione di base, mentre la seconda configurazione comprendeva l'aggiunta di aeratori statici e la chiusura dell'aletta inappropriata.
I risultati hanno mostrato che nella seconda situazione, si osservava un'estrazione della polvere ben superiore rispetto alla configurazione di base, permettendo un'evacuazione più rapida e più vicina alla fonte di emissione. Questo contribuisce a garantire un ambiente di lavoro più pulito e più sicuro.
Una delle sfide principali di questo studio è comprendere come il calore è distribuito all'interno dello stabilimento e come influenza le diverse zone di lavoro. È necessario individuare le zone in cui le temperature possono essere eccessivamente elevate e adottare misure per attenuare l'impatto del calore sui dipendenti.
Lo studio della configurazione iniziale dello stabilimento ha mostrato una scarsa circolazione dell'aria in alcune zone, il che ha comportato temperature elevate in esse. Questo può essere dovuto a fattori come la posizione delle fonti di calore, la disposizione degli impianti o la circolazione dell'aria nello spazio. L'aggiunta di aeratori statici nella seconda configurazione ha permesso di rimediare a questo problema.
Questi aeratori hanno contribuito ad aumentare la circolazione dell'aria attraverso lo stabilimento facilitando l'evacuazione dell'aria calda e favorendo l'ingresso d'aria fresca. Questo ha avuto due effetti benefici. Innanzitutto, l'omogeneizzazione delle velocità dell'aria ha permesso di ridurre le zone di scarsa circolazione, il che ha contribuito a una migliore distribuzione del calore nello stabilimento. Questo ha comportato una riduzione delle escursioni di temperatura tra le diverse zone di lavoro, migliorando così il comfort termico dei dipendenti. Inoltre, l'omogeneizzazione delle temperature ha permesso di ridurre le temperature elevate in particolare in condizioni estive, quando le temperature esterne possono essere più elevate.
Lo studio di distribuzione delle polveri e degli inquinanti nello stabilimento ha messo in evidenza l'efficacia dei sistemi di evacuazione come gli aeratori statici e le cappe. Questi dispositivi hanno l'obiettivo di ridurre la presenza di polveri e inquinanti nell'aria dello stabilimento. La prima configurazione dello stabilimento ha mostrato concentrazioni elevate di polveri e inquinanti principalmente in prossimità dei forni. Tuttavia, nel resto dello stabilimento, le concentrazioni di polveri e inquinanti erano relativamente uniformi.
La seconda configurazione, invece, ha permesso di migliorare la dispersione dei movimenti d'aria nella parte bassa dello stabilimento, riducendo così le zone di forti concentrazioni di polveri e inquinanti. Questo suggerisce che l'ottimizzazione dei sistemi di evacuazione ha contribuito a una migliore distribuzione delle particelle e degli inquinanti nell'insieme dello stabilimento permettendo un'evacuazione più facile. Questi risultati sottolineano l'importanza di una progettazione appropriata dei sistemi di evacuazione e di ventilazione negli stabilimenti. Individuando le principali fonti di polveri e inquinanti, è possibile installare dispositivi di raccolta e di evacuazione efficaci per ridurne la dispersione nell'aria dello stabilimento.
Il piano di pressione neutra è la quota, in un locale ventilato naturalmente, in cui la pressione interna eguaglia quella esterna. Al di sotto, l'aria entra; al di sopra, esce. La sua posizione guida la collocazione delle prese e delle uscite d'aria.
I piani di pressione neutra svolgono un ruolo cruciale nella progettazione dei sistemi di ventilazione naturale degli edifici. Sono utilizzati per determinare i punti strategici in cui le aperture di ingresso e di uscita dell'aria devono essere posizionate al fine di ottimizzare la circolazione dell'aria. Un piano di pressione neutra è una superficie immaginaria all'interno dello spazio ventilato in cui la pressione statica è equilibrata. Questo significa che le forze esercitate dall'aria entrante e uscente in questa zona sono uguali. Nella maggior parte dei casi, le aperture di ingresso dell'aria sono posizionate in basso nello spazio ventilato, dove la pressione è più elevata.
La pressione più elevata è generalmente dovuta a differenze di temperatura tra l'interno e l'esterno dell'edificio, nonché alla densità dell'aria. Queste aperture di ingresso permettono all'aria fresca di penetrare nello spazio ventilato. D'altra parte, le aperture di uscita dell'aria sono posizionate in alto, dove la pressione è più bassa. Questo è attribuito alla differenza di altezza tra le aperture di ingresso e di uscita, nonché alle correnti d'aria create da fattori esterni come il vento.
Posizionando le aperture di uscita in alto nello spazio ventilato, l'aria viziata viene evacuata in modo più efficace, garantendo così una migliore qualità dell'aria interna. Rispettando i piani di pressione neutra, i progettisti possono assicurare una ventilazione naturale efficace e una distribuzione uniforme dell'aria fresca in tutto lo spazio.
Questa fase rientra nel dimensionamento degli aeratori statici mediante CFD. Le simulazioni realizzate hanno poi incluso l'installazione di un nuovo aeratore a shed sopra il forno 8. I risultati delle simulazioni hanno mostrato che l'aeratore a shed appena aggiunto aveva un impatto significativo sui flussi d'aria. Si osserva una scomparsa del flusso diretto dal forno 8 verso i piccoli aeratori a shed già presenti.
Per quanto riguarda la distribuzione di temperatura, i risultati indicano una distribuzione simile a quella degli scenari precedenti, ma con un netto calo della temperatura sotto il tetto grazie alla presenza dell'aeratore a shed.
La temperatura sotto il tetto cala notevolmente grazie all'evacuazione rapida dell'aria calda carica di calore da parte dell'aeratore a shed. I risultati sottolineano anche che la portata di estrazione totale resta globalmente costante, con un lieve aumento rispetto alla configurazione esistente. Questi risultati dimostrano l'efficacia dell'aeratore a shed aggiunto sopra il forno 8 per evacuare rapidamente l'aria calda carica di calore. Questa modifica contribuisce quindi a migliorare i flussi d'aria e le condizioni termiche nell'edificio.
L'obiettivo dello studio era dimensionare e posizionare il nuovo dispositivo di aerazione statica sulla copertura dell'acciaieria. Mirava anche a mappare i movimenti d'aria e la distribuzione della temperatura nell'insieme dell'acciaieria, nonché ad analizzare la distribuzione della polvere/fumo a livello dell'aeratore.
I piani di velocità ad altezza d'uomo hanno mostrato una distribuzione relativamente uniforme, indipendente dalle condizioni esterne. Il movimento convettivo provocato dagli elementi caldi come i forni, i lingotti, le vasche di scoria e le siviere è il principale motore aeraulico dell'acciaieria.
A livello dell'aeratore statico (Robertson), gli schemi di velocità hanno dimostrato un'evacuazione efficace su tutta la sua lunghezza, con una distribuzione relativamente uniforme.
La distribuzione degli inquinanti nella sezione dell'aeratore statico ha rivelato una zona di concentrazione elevata leggermente spostata verso il forno, mentre il resto del Robertson mostrava una distribuzione uniforme, indipendente dalla sua geometria.
Lo studio condotto da EOLIOS ha permesso di ottenere raccomandazioni preziose per dimensionare e ottimizzare il dispositivo di aerazione statica dell'acciaieria. Queste raccomandazioni garantiranno una migliore ventilazione, una dispersione efficace della polvere/fumo e un miglioramento globale del clima nei locali. Questo contribuirà a migliorare il comfort dei dipendenti, a mantenere gli impianti in condizioni ottimali e a rispettare le norme ambientali vigenti.
Da ricordare. La ventilazione naturale di un'acciaieria si fonda sul motore convettivo delle fonti calde (forni, siviere, vasche di scoria). Ben dimensionato e ben posizionato, un aeratore statico evacua l'aria calda e i fumi il più vicino possibile alla loro fonte, senza ventilatore né consumo di energia.
Aeratori statici, prove fumogene e ventilazione naturale dei capannoni metallurgici.
Sì, quando è correttamente dimensionata. La forte emissione di calore dei forni crea un tiraggio termico potente che, canalizzato da aeratori statici ben posizionati, evacua fumi e aria calda senza ventilatore. Un approccio analogo è stato adottato nel nostro progetto ventilazione naturale di uno stabilimento siderurgico.
La prova fumogena rende visibili le traiettorie reali dell'aria grazie a un fumo tracciante non inquinante a base di acqua e glicole. Rivela le zone di stagnazione e le circolazioni parassite che le misure puntuali di velocità o di temperatura non permettono di percepire.
La CFD permette di testare virtualmente diverse configurazioni di aeratori e stagioni senza interventi pesanti su uno stabilimento in produzione. Quantifica velocità dell'aria, temperature e concentrazioni di inquinanti in tutto il volume, là dove le misure restano locali.
La sezione dell'aeratore deriva dalla portata di aria calda da estrarre, dall'altezza disponibile sotto il tetto e dalla posizione del piano di pressione neutra. La CFD regola questi parametri per evacuare il calore il più vicino possibile alla fonte, qui sopra il forno 8.
La portata di estrazione totale resta globalmente costante, con un lieve aumento rispetto alla configurazione esistente. Il guadagno principale è qualitativo: l'aria calda carica di calore viene evacuata più rapidamente e più vicino al forno, il che fa calare la temperatura sotto il tetto.
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L'azienda EOLIOS realizza uno studio di dimensionamento e di posizionamento di un nuovo aeratore statico sulla copertura dell'acciaieria Aubert et Duval. L'obiettivo è garantire una ventilazione efficace dell'acciaieria rispettando al contempo le norme sulle emissioni di inquinanti e migliorando la qualità dell'aria. Lo studio comprende un'analisi approfondita dei movimenti d'aria nell'acciaieria per comprendere la distribuzione della polvere e del fumo generati dalle operazioni industriali. Prove fumogene e immagini termiche vengono utilizzate per valutare la circolazione dell'aria e individuare i punti sensibili. I risultati dello studio permetteranno di definire le dimensioni ottimali dell'aeratore e la sua posizione ottimale sulla copertura, nonché di formulare raccomandazioni per limitare la dispersione della polvere e del fumo. Vengono inoltre realizzate simulazioni CFD per analizzare i movimenti dei fluidi e ottimizzare la ventilazione naturale.
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