Simulation CFD cabine de peinture

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Simulation CFD des cabines de peinture

Dans un environnement économique concurrentiel et une attention accrue à la protection de l’environnement, les entreprises de peinture pour les grands sites industriels étudient plus que jamais des technologies et des procédés alternatifs qui peuvent améliorer l’efficacité du processus de peinture.

Cela s’applique en particulier aux technologies de la peinture automobile, où de nouvelles stratégies et approches ont été développées au cours de la dernière décennie visant à accroître l’efficacité et la flexibilité, à réduire les coûts principaux et d’exploitation et à minimiser l’impact sur l’environnement, tout en fournissant en même temps une qualité de peinture de classe mondiale.

La tendance actuelle en matière de peinture est que les constructeurs aéronautiques adoptent généralement des stratégies précédemment développées et testées par les entreprises de peinture automobile pour améliorer la qualité et réduire les coûts d’exploitation.

Exigences pour la conception des halls de peinture

Le but des cabines de peinture d’avions est de fournir un espace ventilé, propre et à température contrôlée pour le revêtement. La ventilation de l’air est nécessaire pour assurer l’élimination des vapeurs dangereuses et les particules de peinture pulvérisées. De plus, il est important que l’air de ventilation circule uniformément autour de l’avion afin d’obtenir un revêtement de peinture de haute qualité. Typiquement, dans les cabines pour peindre de petits avions, hélicoptères… un flux horizontal longitudinal est créé, grâce auquel l’air de ventilation fourni près du nez du fuselage se propage plus loin sur la longueur de l’avion. L’air est ensuite retiré de la cabine de peinture à une certaine distance derrière l’avion. Cette conception des cabines de peinture est efficace en termes de consommation d’énergie (une consommation d’air relativement faible est requise). La problématique de ce mode de ventilation peut être l’apparition d’une surface granuleuse et inégale résultant du séchage de la peinture. La rugosité de la couche de peinture se produit en raison des particules séchées de l’aérosol, en raison de la pulvérisation de peinture en provenance du nez de l’avion et de son transfert par un flux d’air longitudinal vers l’arrière de l’avion. Le séchage est alors hétérogène et des différences de granulosité surfacique peut apparaitre. Un tel défaut superficiel peut être inacceptable pour les plus exigeants, par exemple, pour les avions d’affaires privés.

Simulation CFD pour les cabines et hangars de peinture

Pour surmonter ces facteurs défavorables, il est nécessaire d’utiliser des outils et des méthodes modernes de dynamique des fluides numériques (CFD). Les algorithmes de calcul dynamique des gaz mis en œuvre dans les simulations CFD sont le seul moyen de calculer avec précision ces paramètres et d’estimer les flux d’air dans un modèle 3D. La CFD est un ensemble de méthodes mathématiques, implémentées dans un logiciel, qui peuvent être utilisées pour effectuer des calculs complexes de flux de gaz et de thermodynamique. Les calculs CFD sont souvent utilisés dans la conception des cabines de pulvérisation de peinture automobiles pour assurer un flux d’air uniforme autour du véhicule à peindre afin d’assurer une peinture de haute qualité et un transfert de peinture sur les revêtements efficace.
Etude CFD d’un hangar aéronautique
Ici, les résultats des simulations CFD présentées ont montré que la forme et le positionnement des entrées d’air d’entrée et de sortie sont essentiels pour minimiser les flux d’air recirculé sous les ailes d’un avion. La conception finale optimisée du hangar comprend un système de ventilation en forme de croix combiné à des zones d’échappement situés dans des zones clés sous l’avion. Dans le même temps, le débit total requis pour atteindre la vitesse d’écoulement d’air de 0,3 m/s à une distance de 1,5 m de l’avion s’est avérée presque identique au débit d’air des systèmes traditionnels moins efficaces pour la projection de peinture.

La simulation CFD pour les cabines de peinture

L’évaluation des conditions climatiques et d’élimination des particules doit être effectuée non seulement dans l’intégralité du hangar, mais également dans chaque zone locale, en tenant compte des dimensions de l’espace et de l’impact de chaque système. La seule méthode permettant de calculer avec précision ces paramètres et d’estimer les flux d’air dans l’espace est la simulation CFD. Les méthodes CFD de modélisation des gaz permettent, avec un logiciel professionnel et une puissance de calcul correspondant au niveau de complexité du problème considéré, de visualiser les flux de particules, d’estimer la concentration de substances nocives, d’étudier la répartition de la température dans l’atelier (scénarios critiques notamment) et un certain nombre d’autres paramètres. Au stade de la conception du système, cela permet d’évaluer son efficacité et d’éviter des pertes financières au stade de l’exploitation.

Stratégies d’efficacité énergétique

Dans les étapes suivantes, nous étudions les stratégies d’économie d’énergie couramment utilisées dans les ateliers qui peuvent être utilisées pour minimiser les coûts d’exploitation dans un hangar de peinture. La plus grande quantité d’énergie consommée est consacrée à la climatisation – régulation de la température et de l’humidité. Par conséquent, les mesures visant à réduire la quantité d’air de climatisation sont les plus efficaces pour réduire la consommation d’énergie pendant la peinture. Deux stratégies sont souvent utilisées dans les ateliers de peinture pour minimiser la consommation d’énergie. Le premier est la recirculation de l’air. En faisant recirculer une partie importante de l’air aspiré des cabines de pulvérisation en la réintroduisant dans la cabine de pulvérisation, la quantité d’air qui doit être entièrement climatisée est considérablement réduite, entraînant une réduction significative de la consommation d’énergie. C’est la méthode la plus efficace pour réduire la consommation d’énergie. La proportion d’air de ventilation recirculé dépend de la composition chimique des peintures et du volume du revêtement appliqué et peut aller jusqu’à 80 %.

La deuxième stratégie pour réduire la consommation d’énergie est de contrôler les niveaux d’air sur la ligne de séchage, un concept développé à l’origine par les fournisseurs de peinture automobile en collaboration avec les fabricants d’équipements de peinture. Pour tout revêtement appliqué, certaines exigences de température et d’humidité doivent être respectées afin d’atteindre le taux de séchage requis de la peinture pour obtenir une finition de haute qualité. Si l’air est trop froid et/ou sec, le solvant s’évaporera rapidement de la peinture, provoquant un défaut de bulle. A l’inverse, si l’air est trop chaud et/ou humide, le solvant s’évaporera beaucoup plus lentement. Cela conduira à une faible viscosité du revêtement appliqué, qui à son tour conduira à la formation de taches. 

Par conséquent, les fabricants de peinture spécifient généralement des températures et des niveaux d’humidité spécifiques qui doivent être maintenus pour que le taux d’évaporation du solvant soit suffisant pour éviter l’un de ces types de défauts.

La simulation CFD pour les cabines de peinture

Les valeurs des indicateurs possibles de température et d’humidité sont situées le long d’une courbe calculée prédéterminée sur le diagramme psychrométrique, chaque combinaison de paramètres correspondant à une certaine force motrice équivalente d’évaporation (pression de vapeur d’eau dans l’air) de telle sorte que la vitesse de séchage de la peinture est la même dans toutes les conditions le long de la ligne de séchage. L’avantage de cette stratégie est que que pendant les mois les plus froids, l’air de ventilation est régulé sur des valeurs inférieures des paramètres de la ligne – et vice versa, pendant les mois les plus chauds. Cela permet à la fois des économies d’énergie et des coûts de services publics réduits. L’utilisation de cette stratégie peut réduire les besoins en énergie des appareils de chauffage et des refroidisseurs de 50 % et 60 %, respectivement.
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Simulation CFD d’extraction pour camion

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