Simulation CFD cabine de peinture

EOLIOS vous aide à concevoir des cabines de peintures

EOLIOS réalise des études de cabines de peintures pour optimiser le rendement à l’aide d’outils de simulation CFD.

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Simulation CFD des cabines de peinture et de ponçage

Que permets la simulation CFD dans les cabines de peintures ?

La simulation numérique par dynamique des fluides computationnelle (CFD) s’est imposée comme un outil de pointe pour optimiser la performance des cabines de peinture. En modélisant le flux d’air et les échanges thermiques avec une précision accrue, la CFD permet d’identifier les points faibles et de proposer des solutions concrètes pour :

L’évaluation des conditions climatiques et d’élimination des particules doit être effectuée  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.

Etude CFD d’un hangar aéronautique

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.

Exigences pour la conception des halls de peinture

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.

Exemple de conception d'une cabine de peinture pour petit aéronef

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.

Etude des températures sur un avion - cabine de peinture
CFD de la surface d'un avion dans une cabine de peinture

Exigences pour la conception des halls 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.

La CFD pour améliorer la sécurité des opérateurs

Garantir un environnement de travail sain :

  • Qualité de l’air : La simulation permet de s’assurer que l’air ambiant dans la cabine respecte les normes de qualité en termes de concentration de polluants et de contaminants.
  • Évaluation de la concentration des polluants dans l’air ambiant de la cabine.
  • Simulation de la dispersion des contaminants et identification des zones à risque.
  • Optimisation du système de ventilation pour garantir un air sain et respirable.

Réduire les risques d'explosion :

  • Conformité aux normes ATEX : La simulation CFD peut évaluer les risques d’explosion liés aux vapeurs de solvants et de peinture et garantir la conformité aux normes ATEX (Atmosphères Explosibles).
  • Analyse des risques d’explosion liés aux vapeurs de solvants et de peinture.
  • Simulation de la dispersion des gaz explosifs et identification des zones à risque.
  • Mise en place de mesures de sécurité pour prévenir les explosions et protéger les opérateurs.
Schéma en forme d'hexagone représentant les domaines d'explosivité selon la norme ATEX, illustrant les différentes zones de risque d'explosion.
Hexagone de l'explosion

Améliorer l'ergonomie du poste de travail :

  • Ventilation adéquate : La CFD permet de vérifier l’efficacité du système de ventilation et de garantir qu’il répond aux exigences des normes en matière de débit d’air et de renouvellement d’air.
  • Étude des conditions de travail des opérateurs et identification des points d’inconfort.
  • Simulation du flux d’air et de la température pour optimiser l’ergonomie du poste de travail.
  • Proposition de solutions pour réduire la fatigue et les risques de TMS.

La CFD pour améliorer la qualité de la finition

Réduire les défauts de peinture :

  • Simulation de la formation des tourbillons et des zones de recirculation qui peuvent générer des défauts tels que les coulures, les accumulations de matières et les surfaces granuleuses
  • Optimisation de la vitesse d’air et de la distribution d’air pour minimiser les turbulences et les variations de couleur
  • Évaluation de l’impact des obstacles (par exemple les passerelles de travail) sur la qualité de la finition.
Bulles de peinture

Améliorer l'uniformité de la peinture :

  • Analyse de l’efficacité du transfert de peinture sur différentes zones de la surface à peindre.
  • Optimisation de la position des pistolets à peinture et des buses pour obtenir une couverture homogène.
  • Étude de l’influence de la viscosité de la peinture et des conditions d’application sur l’uniformité du film de peinture.

Réduire les particules en suspension :

  • Évaluation de l’efficacité des systèmes de filtration et d’extraction d’air.
  • Analyse de l’impact de la taille et de la nature des particules sur la qualité de la finition.
  • Analyse de l’impact de la taille et de la nature des particules sur la qualité de la finition.
  • Placement optimal des filtres

La CFD pour augmenter l'efficacité du transfert de peinture

Optimiser la géométrie de la cabine :

  • Étude de l’impact de la forme et des dimensions de la cabine sur le flux d’air et le transfert de peinture.
  • Identification des zones de stagnation et proposition de solutions pour améliorer la circulation de l’air.
  • Évaluation de l’influence des obstacles sur l’efficacité du transfert de peinture.
Exemple de cabine de peinture dans l'industrie automobile

Améliorer la position des pistolets à peinture :

  • Simulation de la trajectoire des particules de peinture et identification des zones de perte.
  • Optimisation de l’angle et de la distance entre les pistolets et la surface à peindre.
  • Étude de l’influence de la configuration des buses sur la pulvérisation et le transfert de peinture.

Réduire le brouillard de peinture :

  • Analyse de la formation du brouillard de peinture et identification des facteurs contributifs.
  • Optimisation de la vitesse d’air et de la pression de pulvérisation pour minimiser la formation de brouillard.
  • Évaluation de l’efficacité des systèmes de récupération du brouillard de peinture.

La CFD pour optimiser les stratégies d’efficacité énergétique

Réduire les besoins en chauffage et climatisation :

  • Simulation des transferts thermiques dans la cabine et identification des ponts thermiques.
  • Optimisation de l’isolation de la cabine et des systèmes de chauffage et climatisation.
  • Mise en place de stratégies de contrôle pour une meilleure gestion de la température.

Améliorer l'uniformité de la peinture :

  • Étude du flux d’air dans la cabine et identification des zones de perte de charge.
  • Optimisation de la conception du système de ventilation pour réduire la consommation d’énergie.
  • Étude du flux d’air dans la cabine et identification des zones de perte de charge.
  • Optimisation de la conception du système de ventilation pour réduire la consommation d’énergie.
  • Mise en place de systèmes de ventilation à vitesse variable et de contrôle intelligent.
  • Etude de l’homogénéité du réseau en amont des murs ou plafonds diffusants.
Evolution de la température de contact d'un avion en salle de peinture

Récupérer l'énergie calorifique :

  • Évaluation du potentiel de récupération de l’énergie calorifique évacuée par la ventilation.
  • Mise en place de systèmes de récupération d’énergie pour chauffer l’air entrant ou d’autres installations.

Qualification de l'aéraulique des cabines de peintures

Qu'est ce qu'une qualification d'une cabine de peintures ?

Une cabine de peinture est essentiellement un environnement contrôlé, spécialement conçu pour réaliser des travaux de peinture sur différents types de matériels. Le principal objectif d’une cabine de peinture est de contenir les particules et les composés organiques volatils (COV) libérés pendant le processus de peinture, afin de ne pas nuire à l’environnement ou à la santé humaine. En outre, les cabines de peinture garantissent que le processus de peinture ne sera pas perturbé par les éléments externes tels que la poussière, ce qui pourrait compromettre la finition de la peinture.

Le terme « qualification » désigne le processus par lequel la performance d’une cabine de peinture est mesurée et évaluée. Afin de nous assurer que la cabine de peinture fonctionne à son maximum d’efficacité, nous chez EOLIOS suivons une procédure de qualification rigoureuse et exhaustive qui en évalue tous les aspects importants.

Norme à respecter :

La fabrication, l’installation et l’usage d’une cabine de peinture est réglementée et répond à un certain nombre de critères clés qu’il est crucial de respecter pour assurer la sécurité et le confort des opérateurs et la bonne efficacité de la cabine de peinture. Les critères à respecter (pour les cabines à ventilation horizontales qui sont les plus répandues dans les industries et secteurs autres que l’automobile) sont déterminés sur les conseils experts de l’INRS.

Prise de mesure des viteses d'air :

Chez EOLIOS, l’application de nos connaissances en mécanique des fluides est profondément ancrée dans notre approche technique pour la mesure des vitesses d’air dans la qualification d’une cabine de peinture. En utilisant des anémomètres de précision, nous fournissons des mesures rigoureuses de la vitesse de l’air, un facteur crucial dans le processus de peinture.

Dans le contexte des cabines de peinture, où l’air est utilisé pour projeter la peinture sur une surface, les variations de vitesse de l’air peuvent affecter la qualité de la couche de peinture appliquée. Par conséquent, il est crucial de mesurer avec précision la vitesse d’air à l’aide d’un anémomètre de précision pour garantir une application uniforme et de qualité de la peinture.

Les données recueillies sont ensuite analysées et interprétées par notre équipe d’ingénieurs qui utilise ces informations pour fournir des recommandations sur les ajustements possibles à faire dans le processus de peinture. Ces recommandations peuvent inclure des recommandations sur l’orientation de la source d’air, la pression de l’air, la température et l’humidité, entre autres facteurs.

La précision de cette mesure est un élément déterminant dans le processus de qualification d’une cabine de peinture, et c’est pourquoi nous accordons une grande importance à méthodologie appliquée pour qu’elle corresponde aux normes les plus strictes.

Campagne de qualification d'une cabine de poncage

Les essais fumigènes

Pourquoi réalisé des essais fumigènes en amont d'une qualification de cabine de poncage ?

L’expertise d’EOLIOS en mécanique des fluides s’étend également aux essais fumigènes pour les cabines de peinture. Ce type d’essai est un outil précieux pour déterminer la visibilité et l’efficacité du débit d’air dans la cabine lors de l’application de la peinture.

Les essais fumigènes constituent une méthode de qualification importante pour les cabines de peinture. Ils permettent de visualiser et d’analyser le flux d’air et la ventilation dans la cabine, en s’appuyant sur la diffusion de fumée.

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Identification d'une mauvaise circulation d'air dans une cabine de peinture pour aéronef

Déroulement de l'essai fumigènes :

  1. Génération de fumée: Une fumée non toxique et inoffensive est générée à l’intérieur de la cabine.
  2. Observation du flux d’air : La fumée est ensuite observée et analysée à l’aide de différents outils, tels que des caméra de précision, caméra thermique et des anémomètres.
  3. Évaluation des performances : L’essai permet d’évaluer l’efficacité du système de ventilation, l’homogénéité du flux d’air, la présence de zones de recirculation et l’efficacité des systèmes de filtration. 

Objectifs :

  • Identifier les zones de turbulence et de recirculation qui peuvent affecter la qualité de la finition et générer des défauts de peinture.
  • Vérifier l’efficacité du système de ventilation et s’assurer qu’il répond aux exigences en matière de renouvellement d’air et de distribution homogène de l’air.
  • Evaluer l’efficacité des systèmes de filtration et leur capacité à capturer les particules en suspension et les polluants atmosphériques.
  • Détecter les fuites d’air dans la cabine et garantir son étanchéité.

Avantages :

  • Méthode visuelle intuitive permettant une compréhension facile du flux d’air et de la ventilation.
  • Outil de diagnostic efficace pour identifier les points d’amélioration et les non-conformités.
  • Technique économique et facile à mettre en œuvre par rapport à d’autres méthodes de qualification. 

Réajustements et améliorations

EOLIOS utilise une source de fumée spécifique pour produire de la fumée qui est introduite dans la cabine de peinture. En observant le chemin que prend la fumée dans la cabine, les experts d’EOLIOS sont en mesure de déterminer si l’air s’écoule correctement. Ils peuvent déceler les zones de turbulence ou de stagnation qui pourraient nuire à l’application de la peinture et prendre les mesures nécessaires pour ajuster le système d’air.

Les données tirées de ces essais peuvent ensuite être utilisées pour optimiser la performance de la cabine de peinture. Il est par exemple possible d’augmenter la capacité d’extraction de l’air (gestion des registres)améliorer la qualité de l’apport d’air ou réorganiser l’espace de travail pour une meilleure efficacité.

Après notre évaluation initiale, nous travaillons avec le client pour opérer les ajustements nécessaires à la cabine de peinture.

L'expertise EOLIOS pour l'aéraulique des cabines de peintures

Chez EOLIOS, l’application de nos connaissances en mécanique des fluides est profondément ancrée dans notre approche technique pour la mesure des vitesses d’air dans la qualification d’une cabine de peinture.

En utilisant des anémomètres de précision, nous fournissons des mesures rigoureuses de la vitesse de l’air, un facteur crucial dans le processus de peinture.

Par ailleurs, la simulation CFD s’avère un outil précieux pour optimiser les cabines de peinture et améliorer leur performance sur tous les fronts. En permettant de visualiser et d’analyser le flux d’air et les échanges thermiques avec une précision accrue, la CFD aide à identifier les zones d’amélioration et à proposer des solutions concrètes pour améliorer la qualité de la finition, l’efficacité du transfert de peinture, la consommation d’énergie et la sécurité des opérateurs.

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Simulation CFD pour l'étude de l'extraction des poussières d'un camion de clinker

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