Qualificação de câmaras de fumos de laboratório.

A câmara de fumos de laboratório e o seu contexto normativo

A EOLIOS realiza as pré-qualificações em fase de conceção das suas câmaras de fumos, bem como os ensaios de confinamento, através da modelação CFD.

Contexto

A câmara de fumos de laboratório é um sistema de proteção localizada, utilizado onde são manipuladas substâncias perigosas. A sua missão é limitar a exposição das pessoas às substâncias nocivas, captando e evacuando os vapores tóxicos e as poeiras voláteis geradas no seu interior, graças a um fluxo de aspiração de ar. Para manter o desempenho ao longo do tempo, as câmaras de fumos são objeto de controlos periódicos.

Legislação francesa em vigor

A avaliação do funcionamento das câmaras de fumos está sujeita à norma europeia EN 14175, que detalha a metodologia de avaliação do desempenho nos ensaios de qualificação, de receção ou de rotina. Num controlo, são conduzidos ensaios de velocidade frontal do ar na entrada da câmara de fumos por anemometria de fio quente; é realizado um ensaio de confinamento com gás traçador SF6, bem como uma visualização qualitativa dos fluxos com fumo de ensaio.

Antiga regulamentação: a norma XP X 15-203

Em França, para as câmaras de fumos instaladas antes de 2006, os controlos deviam estar conformes com a norma francesa XP X 15-203, que fixava limiares de velocidade frontal do ar e níveis de confinamento:

• Velocidade frontal do ar: 0,4 m/s;
• Confinamento: concentração de gás traçador no plano de abertura inferior, em qualquer ponto, a 0,1 ppm.

A norma EN 14175: novos parâmetros de ensaios aeráulicos

Os valores limiares a respeitar

• Velocidade frontal do ar: ausência de valor limiar na norma, mas 0,4 m/s em França;
• Confinamento: sem limiar na norma, mas a norma francesa XP X 15-206, elaborada em complemento, fixa 0,1 ppm para a concentração média em gás traçador SF6 (hexafluoreto de enxofre);
• um número de parâmetros testados muito mais elevado.

Os controlos obrigatórios

• Caudal de ar extraído: medido na conduta de extração para verificar as características aeráulicas e servir de referência aos controlos futuros;
• Velocidade frontal do ar: medida por anemometria térmica, valores de referência para os controlos periódicos.

Confinamento: a medição por traçagem SF6

O princípio do ensaio de confinamento com gás SF6 desenrola-se em três tempos:

• gerar um gás traçador SF6 em localizações específicas no interior do volume de trabalho;
• recolher o ar em diferentes localizações, ao nível do plano de abertura da câmara de fumos;
• medir a concentração de SF6 para quantificar a fuga das substâncias para o pessoal.

Para a norma NF EN 14175, o número de pontos de medição depende da largura da câmara de fumos; a sua parte 3 precisa o cálculo das posições de ensaio. Durante os ensaios, a fachada móvel está aberta a 500 mm.

Modelação CFD dos laboratórios e salas limpas

Compreensão global dos fenómenos termo-aeráulicos

As simulações contribuem para uma melhor compreensão das problemáticas, a fim de desenvolver soluções técnicas pertinentes desde a conceção. Os laboratórios podem ser simulados na sua totalidade, permitindo a análise simultânea do impacto de numerosos fenómenos. O estudo CFD de qualificação de câmara de fumos evidencia em particular a presença de fluxos de ar parasitas que perturbam a entrada das câmaras de fumos.

Projeto: simulação CFD de um laboratório equipado com câmaras de fumos

Conceção das salas de laboratório e salas limpas

No início da conceção, a multiplicação de protótipos experimentais torna-se rapidamente dispendiosa e demorada. A simulação CFD permite testar um grande número de protótipos num tempo reduzido, a fim de recolher rapidamente informação para a otimização dos sistemas e a colocação das câmaras de fumos.

A CFD: um novo protocolo de conceção

A simulação dá acesso a numerosos parâmetros dificilmente mensuráveis por via experimental: fornece instantaneamente dados em qualquer ponto, e não de forma localizada. Isso permite identificar com precisão as fugas durante o confinamento. Integrar a CFD nos seus protocolos é acrescentar um olhar especializado na procura de soluções: a qualificação das câmaras de fumos fica assim mais segura e mais rápida.

Um método CFD para a qualificação das câmaras de fumos

Modelação dos escoamentos de ar

Para uma medição espacial instantânea da velocidade do ar, recorremos à mecânica dos fluidos de precisão. Os escoamentos em jogo são regidos pelas equações às derivadas parciais de Navier-Stokes; insolúveis analiticamente, são resolvidas numericamente pelo método dos elementos finitos, que fornece a solução mais aproximada possível. Esta resolução exige conhecer antecipadamente as condições de entrada e de saída, isto é, os caudais de insuflação, de extração e de aspiração das câmaras de fumos, indicados nas hipóteses e obrigatoriamente verificados para que as conclusões sejam válidas.

Medição de confinamento numérico

Na qualificação, é imperativo controlar a taxa de fuga dos agentes poluentes para não contaminar o utilizador. Para modelar esse agente, empregamos diferentes métodos de simulação de um gás traçador a fim de garantir uma precisão fina e resultados fiáveis.

Validação numérica da qualificação

Para verificar a conformidade do confinamento com a norma, modelamos a difusão do traçador na câmara de fumos em regime estacionário. Um método de iso-volume confirma em seguida que todo o traçador está efetivamente contido no interior, à escala regulamentar: se o resultado se verificar, a câmara de fumos cumpre as condições de confinamento impostas pela legislação.