Climatización para seguridad laboral en entornos industriales

Estudio y optimización de las condiciones atmosféricas en entornos industriales para garantizar el cumplimiento de la normativa vigente respecto a la prevención de riesgos laborales.


Período

2017-2023

Sector

Fluidodinámica

Servicio

Climatización para seguridad laboral en entornos industriales
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CONTEXTO

Estudio y optimización de las condiciones atmosféricas en entornos industriales para garantizar el cumplimiento de la normativa vigente respecto a la prevención de riesgos laborales.

Utilizando herramientas de CFD (Computational Fluid Dynamics) es posible predecir el comportamiento del aire en entornos laborales, especialmente enfocado al arrastre de contaminantes, como puede ser el polvo producido por el mecanizado de piezas metálicas. Los cálculos de CFD permiten establecer unas condiciones de trabajo ideales de temperatura, presión, humedad o partículas en suspensión de la forma más eficiente posible.

Los entornos de trabajo deben cumplir con unos requisitos ambientales muy estrictos a fin de proporcionar unas condiciones saludables para los trabajadores. En el ámbito industrial, los requisitos son más complicados de cumplir por varios motivos. En primer lugar, se suele trabajar en lugares difíciles de atemperar debido a ser grandes espacios, como naves industriales, y a la presencia de máquinas que suelen emitir calor al ambiente. Los procesos industriales suelen generar residuos que se quedan en suspensión en el aire y son perjudiciales para los humanos.

Hay distintas medidas para conseguir un clima idóneo en el entorno laboral y, gracias a al empleo de herramientas CFD, es posible calcular y predecir el éxito de su implantación. Así se puede optimizar el desarrollo de las medidas y su coste.


RESULTADOS

Como resultado, se generará un informe en el que se recojan todos los datos obtenidos en el sistema HVAC original y en las diferentes propuestas, seleccionando, entre ellas, la opción más apropiada en base a los criterios definidos por el cliente.

Las tareas de simulación y el análisis de sus resultados permiten adoptar, de una manera muy dinámica, alternativas de diseño o concepto frente a resultados insatisfactorios, así como la optimización de geometrías. De esta forma, se aportan estudios de gran valor añadido sobre el comportamiento térmico y cinemático del flujo del aire en el entorno laboral, garantizando que se cumplen los requisitos establecidos.

EXPERIENCIA

La experiencia de SOLUTE en este campo se centra en el cálculo de contaminantes presentes en la atmósfera, principalmente residuos sólidos del proceso industrial. Se ha optimizado la ubicación de los elementos de ventilación en el área de trabajo para garantizar un arrastre correcto y homogéneo de las partículas nocivas.

Para llevar a cabo estos cálculos se emplean códigos comerciales (ANSYS, ALTAIR) y códigos de uso libre (OpenFOAM) sobre los que, aun con diferencias por su origen, prevalecen las normas de buena práctica en modelado, los criterios de analistas expertos y la base de una amplia experiencia.

METODOLOGÍA

El análisis se realiza mediante herramientas CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) empleando el Método de los Volúmenes Finitos (FVM) o el Método de Elementos Finitos (FEM), según el solver elegido. Para llevar a cabo estos cálculos se emplean códigos comerciales (ANSYS, ALTAIR) y códigos de uso libre (OpenFOAM) sobre los que, aun con diferencias por su origen, prevalecen las normas de buena práctica en modelado, los criterios de analistas expertos y la base de una amplia experiencia.

Tras un primer estudio del estado del arte y de los objetivos a alcanzar durante el desarrollo del sistema HVAC, se crean los modelos basados en la geometría y en el caso de estudio. De esta manera, se busca simplificar y discretizar el modelo, de forma que permita conseguir un compromiso entre precisión de los resultados y carga computacional. En la mayoría de las situaciones se utilizarán simulaciones estacionarias RANS (Reynolds-Averaged Navier Stokes) o su variable transitoria URANS (Unsteady RANS), y eventualmente también puede ser necesario recurrir a las más costosas, aunque precisas, LES (Large Eddy Simulation).

A partir de un escenario que contemple todas las físicas y todos los condicionantes propios del análisis a tratar (para lo cual habrá que definir las propiedades del fluido, su dominio y condiciones de contorno de manera apropiada), es posible calcular y determinar los aspectos deseados del modelo, como las distribuciones de presiones o velocidades, el caudal de aire o la temperatura.

En función de los resultados obtenidos, se estudia la validación del sistema HVAC original conforme a la normativa vigente. En el caso de España, esta es la Ley de prevención de Riesgos Laborales de 1995 y sus sucesivas actualizaciones en formas de reales decretos, o la ISO 45001 de Seguridad y salud en el trabajo.

Además de un resultado cuantitativo, las herramientas utilizadas también permiten analizar el comportamiento cualitativo de los sistemas evaluados, detectando las zonas que provocan funcionamientos indeseados y las regiones que tienen potencial de mejora. De este modo, una vez terminada una primera serie de simulaciones, se realizan propuestas de mejora y se repite el proceso hasta alcanzar la solución óptima. 

Para ello, es fundamental contar con las habilidades y el conocimiento de ingenieros expertos en aerodinámica y mecánica de fluidos, ya que una correcta interpretación de los resultados y la identificación de posibles soluciones precisa conocer el comportamiento del fluido descrito por las ecuaciones de Navier-Stokes, así como la naturaleza de todos sus componentes.

Automoción

HVAC

Capacidad de garantiza el acondicionamiento de la temperatura de los transportes, tanto en cabinas como en compartimentos donde llevan su carga de pago por diversos motivos, como la conservación o el confort de pasajeros.

Eólica

Predicción energética y meteorológica para operadores renovables

Servicio de predicción meteorológica y energética a través del entrenamiento de algoritmos de inteligencia artificial.