Analisi delle emissioni termiche di 18 compressori diesel sovrapposti sul ponte di una nave offshore nel mar Baltico, per garantire l'affidabilità degli impianti e il comfort dei tecnici.
EOLIOS è esperta nell'ottimizzazione dei flussi d'aria complessi e nel comfort eolico. Nell'ambito di un progetto industriale di ampia portata, siamo stati incaricati di analizzare il comportamento termo-aeraulico di un sistema di compressione massiccio installato sul ponte di una nave offshore operante nel mar Baltico. La sfida era considerevole: simulare gli scambi termici di 18 compressori diesel sovrapposti per garantire l'affidabilità degli impianti tecnici e la sicurezza delle operazioni.
In sintesi. Sul ponte di una nave offshore nel mar Baltico, 18 compressori diesel da 224 kW ciascuno emettono aria a quasi 65 °C. Nonostante un vento frontale di 6 m/s, l'architettura navale intrappola il calore: le simulazioni CFD rivelano ricircoli d'aria calda, bolle di calore che raggiungono i 47 °C nelle zone di intervento e perdite del 30 % sugli scarichi. La soluzione validata da EOLIOS riduce queste perdite al 3 % e mette in sicurezza sia le macchine sia i tecnici.
EOLIOS è leader della simulazione CFD per i tuoi processi. I nostri studi si basano sull'esperienza acquisita con campagne di misura in condizioni reali e su un centinaio di siti simulati in tutto il mondo.
In un ambiente marittimo soggetto a forti emissioni di calore, le soluzioni di ventilazione standard mostrano i loro limiti. Grazie a un'analisi che combina modellazione 3D e simulazione CFD, EOLIOS ha studiato il comportamento reale dei flussi d'aria attorno a 18 compressori diesel e ha proposto soluzioni concrete per ottimizzare l'evacuazione delle emissioni, migliorare il comfort termico e garantire l'affidabilità degli impianti nelle zone di produzione.
La missione si articolava attorno a quattro obiettivi:
Modellare la nave, le sue maschere aerauliche e i 18 compressori nelle loro condizioni meteorologiche reali.
Quantificare le temperature di aspirazione delle macchine e le temperature ambiente nelle zone di intervento.
Individuare i meccanismi di ricircolo e di stagnazione responsabili dei surriscaldamenti.
Validare una soluzione di evacuazione delle emissioni che garantisca la continuità del servizio e la sicurezza dei tecnici.
Per rispondere a questa sfida, i nostri ingegneri hanno sviluppato un gemello digitale completo della nave e dei suoi impianti tecnici. La riproduzione fedele della geometria complessa delle strutture e della disposizione degli impianti sul ponte è cruciale per catturare i fenomeni di scia e di ricircolo.
Il « gemello digitale » è la replica virtuale 3D di un impianto reale: geometria, sorgenti di calore, ingressi e uscite d'aria, condizioni meteorologiche. Serve da base alla simulazione CFD per testare il comportamento dell'impianto in scenari impossibili da riprodurre in loco: venti estremi, pieno carico, varianti di progettazione.
La modellazione ha integrato condizioni meteorologiche intense tipiche del mar Baltico, con un vento frontale sostenuto di 6 m/s abbinato a una temperatura esterna elevata. La difficoltà principale di questo studio è risieduta nella modellazione precisa di queste condizioni al contorno instabili, dove il flusso d'aria incidente incontra un'architettura navale che genera molteplici zone di stagnazione e di distacco aerodinamico. Queste zone limitano il ricambio d'aria attorno agli impianti tecnici. In assenza di una ventilazione forzata e diretta, queste zone diventano trappole termiche in cui il calore emesso ristagna, aumentando localmente la temperatura ambiente indipendentemente dalla forza del vento esterno.
L'accumulo di 18 compressori in uno spazio ristretto rappresenta un carico termico colossale. Ogni unità sviluppa infatti una potenza totale di 224 kW, generando un flusso di calore massiccio che deve essere evacuato in continuo per preservare l'integrità del sistema. In funzionamento, l'aria viene espulsa a una temperatura di uscita prossima ai 65 °C, creando un vero e proprio focolaio di calore nel cuore della nave. Senza una gestione rigorosa dei flussi, il rischio di surriscaldamento è immediato: le simulazioni rivelavano che le temperature di aspirazione potevano raggiungere rapidamente la soglia critica dei sistemi, minacciando l'integrità delle macchine e la continuità del servizio.
Si parla di « ricircolo » quando una parte dell'aria calda espulsa da una macchina viene riaspirata, dalla macchina stessa o da un'unità vicina, anziché essere evacuata. La temperatura di aspirazione aumenta allora oltre la temperatura esterna, degradando il rendimento e potendo portare all'arresto di sicurezza dell'impianto.
I nostri ingegneri hanno individuato due fenomeni fisici distinti che degradano le prestazioni:
Ricircoli diretti (circuiti brevi): l'aria calda espulsa all'uscita di alcuni compressori veniva immediatamente riaspirata dalle prese d'aria delle unità vicine.
Ricircoli indiretti (riscaldamento ambientale): il calore stagnante attorno alla struttura creava un aumento complessivo della temperatura dell'aria circostante, « inquinando » così l'aria fresca prima ancora della sua aspirazione da parte dei sistemi.
Questi fenomeni di ricircolo derivano direttamente da un confinamento strutturale in cui la disposizione compatta dei compressori, abbinata alla presenza di ostacoli architettonici massicci, intrappola l'aria sul ponte. Questa configurazione ostacola la circolazione dei flussi e impedisce alla convezione naturale di svolgere il suo ruolo di regolatore termico, creando zone di stagnazione in cui il calore si accumula senza potersi evacuare. In assenza di un efficace lavaggio d'aria fresca, l'architettura della nave finisce per agire come una trappola, forzando la riaspirazione dell'aria calda e degradando così le prestazioni complessive dell'impianto.
Il comfort dei tecnici e del personale di manutenzione costituiva anch'esso un punto cruciale per il cliente, al di là delle sole esigenze di prestazione termica degli impianti. Gli interventi umani sul ponte richiedono infatti condizioni ambientali compatibili con operazioni di manutenzione talvolta lunghe, effettuate in immediata prossimità delle fonti di calore.
La fisica dei flussi mostra che, in assenza di una soluzione ottimizzata, il calore stagnante crea « bolle di calore » che possono raggiungere fino a 47 °C, rendendo gli interventi sul ponte estremamente gravosi, se non pericolosi. Questi accumuli termici compaiono principalmente nelle zone a scarsa movimentazione d'aria, dove i pennacchi caldi provenienti dagli impianti tendono a concentrarsi senza essere correttamente evacuati.
Una questione di sicurezza sul lavoro. A 47 °C l'organismo non riesce più a smaltire il proprio calore: la sudorazione diventa inefficace, la frequenza cardiaca sale e il rischio di colpo di calore compare in poche decine di minuti. Un intervento di manutenzione prolungato in una simile bolla termica non è soltanto scomodo: è pericoloso.
Lo studio si è concentrato sulla gestione dei flussi di scarico per convogliare l'aria calda lontano dalle zone sensibili. Le nostre prime analisi hanno evidenziato una sfida tecnica importante: perdite d'aria calda pari al 30 % in corrispondenza delle giunzioni dei sistemi di evacuazione, che annullavano parte dei benefici e mantenevano un surriscaldamento locale.
La competenza tecnica si è concentrata sullo sviluppo di un collegamento perfettamente a tenuta tra i compressori e i condotti di scarico. Questa configurazione è indispensabile per convogliare l'aria espulsa a 65 °C e trasformare la pressione residua delle macchine in una velocità di espulsione capace di penetrare le zone di scia strutturale. Tuttavia, il passaggio a un sistema a tenuta impone di controllare le perdite di carico generate dalla geometria complessa e dalle curve dei condotti, che agiscono come resistenze al flusso. La sfida diventa allora critica: se queste perdite di carico superano la pressione statica disponibile in uscita, la portata d'aria crolla, provocando un surriscaldamento interno degli impianti.
Grazie alla simulazione CFD, EOLIOS ha validato una progettazione che riduce le perdite dal 30 % a solo il 3 %, garantendo che l'intera energia pneumatica sia diretta verso l'evacuazione per compensare le resistenze della rete. Questo guadagno di prestazione assicura che l'aria fresca resti predominante attorno agli impianti, trasformando una configurazione ad alto rischio in un ambiente di lavoro sicuro e termicamente controllato.
La « perdita di carico » indica la perdita di pressione subita da un fluido quando attraversa una rete: attriti lungo le pareti, curve, restringimenti, giunzioni. Più la rete è tortuosa, maggiore è la resistenza; se supera la pressione disponibile, la portata cala e l'evacuazione del calore non è più garantita.
Questo studio illustra l'importanza dell'apporto della modellazione numerica in fase di progettazione o di riqualificazione. Rivelando i rischi termici molto prima dell'installazione reale, abbiamo permesso al cliente di adeguare la sua progettazione per garantire la massima efficienza nelle condizioni più severe.
Stai lavorando a un progetto in cui la gestione dei flussi di calore e il comfort degli operatori sono determinanti? Affidati alla nostra competenza CFD per mettere in sicurezza le tue scelte e ottimizzare i tuoi interventi fin dalla fase di studio.
Know-how: lo studio CFD dei gruppi elettrogeniRicircolo dell'aria calda, raffreddamento in mare e apporto della simulazione CFD.
La disposizione compatta delle unità e gli ostacoli architettonici della nave creano zone di scia in cui l'aria ristagna. L'aria espulsa a quasi 65 °C viene allora o immediatamente riaspirata dalle prese d'aria vicine (circuito breve), oppure riscalda l'ambiente generale prima dell'aspirazione (ricircolo indiretto), degradando le prestazioni dell'insieme.
No. Anche con un vento frontale sostenuto di 6 m/s, l'architettura navale genera zone di stagnazione e distacchi aerodinamici che limitano il ricambio d'aria attorno agli impianti. Senza ventilazione diretta, queste zone diventano trappole termiche in cui il calore si accumula, indipendentemente dalla forza del vento esterno.
Un calcolo classico ragiona per bilanci globali e non vede i fenomeni locali: ricircoli, scie, bolle di calore. La CFD risolve il campo di velocità e di temperatura in ogni punto del dominio e rivela questi meccanismi invisibili, permettendo di testare varianti di progettazione prima di qualsiasi installazione reale.
Sviluppando un collegamento perfettamente a tenuta tra i compressori e i condotti di scarico, validato dalla simulazione. La pressione residua delle macchine viene convertita in velocità di espulsione capace di penetrare le zone di scia, controllando al contempo le perdite di carico della rete affinché la portata non crolli.
Sì. La stessa metodologia (gemello digitale, condizioni meteorologiche reali, analisi dei ricircoli) si applica ai gruppi elettrogeni, alle sale macchine, alle piattaforme offshore e a qualsiasi processo che emette calore in uno spazio chiuso o semiaperto.
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Questo studio termo-aeraulico riguarda l'analisi dei flussi d'aria e delle emissioni termiche di 18 compressori diesel installati sul ponte di una nave offshore nel mar Baltico. Grazie a una modellazione 3D ad alta fedeltà e a simulazioni CFD avanzate, gli ingegneri hanno individuato fenomeni critici di ricircolo dell'aria calda e di stagnazione termica che possono causare temperature pericolose per gli impianti e i tecnici. Lo studio ha permesso di progettare una soluzione ottimizzata di confinamento e di evacuazione dei flussi, riducendo fortemente le perdite d'aria calda e migliorando al contempo l'affidabilità degli impianti, il comfort termico degli operatori e la sicurezza globale del sistema in condizioni climatiche severe.
Al di là del caso marittimo, l'approccio è trasferibile a qualsiasi impianto che emette calore in uno spazio vincolato: gruppi elettrogeni, sale macchine, coperture tecniche, piattaforme industriali. Per approfondire:
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