Térmica dos geradores.

Que uso da CFD para os locais dos geradores?

Um gerador só vale pela sua disponibilidade no dia em que a rede falha. É precisamente nessas condições extremas que a ventilação do local é mais solicitada. A EOLIOS assegura este elo crítico pela simulação CFD: demonstramos, antes da entrada em serviço, que o arrefecimento do motor, o ar de combustão e a evacuação dos fumos cumprem os seus objetivos.

O arrefecimento do local, onde se joga a fiabilidade

Quer assegurem a propulsão de um navio ou a alimentação elétrica de um local sensível, os motores diesel ou a gás devem aguentar do frio ártico ao calor dos trópicos. Em cada um destes ambientes, a ventilação do local cumpre três missões vitais:

• fornecer o ar de combustão aos motores;
• fornecer ar fresco para extrair o calor indesejado;
• manter a temperatura do local numa faixa compatível com o trabalho do pessoal e os componentes.

Demasiadas vezes, o caudal de ar é dimensionado com base numa temperatura ambiente média que oculta os picos realmente encontrados em exploração. O nosso valor acrescentado: reproduzir os cenários climáticos mais desfavoráveis e verificar, com números, que o motor permanece na sua faixa de funcionamento. Aconselhamos os construtores sobre o caudal de ar de combustão e de arrefecimento, e cobrimos a ventilação global, o estudo de impacto das emissões e o cálculo das perdas de carga dos sistemas acústicos.

As etapas de uma simulação CFD aplicada aos sistemas

Ali onde a experimentação atinge os seus limites, a CFD entrega uma análise térmica completa das instalações técnicas. O nosso método é comprovado: simplificamos primeiro a geometria do edifício (supressão dos detalhes que geram demasiados elementos na malha), depois estabelecemos os perfis térmicos sob os climas mais extremos. O objetivo permanece concreto: dominar as entradas e saídas de ar, canalizar o fluxo em torno do motor e melhorar a sua eficiência (genset). Cada variante de implantação é comparada com precisão, com pressão, temperatura máxima de admissão, deslocamentos de ar e dispersão dos poluentes. São outras tantas alavancas para decidir depressa e bem.

Perdas de carga & dimensionamento dos ventiladores

Conduzimos os estudos de perdas de carga dos defletores acústicos e o dimensionamento dos ventiladores, posto a posto. As perdas crescem de forma exponencial com a velocidade do ar: um silenciador mal escolhido pode sufocar a ventilação do local. Identificamos os verdadeiros contribuidores, em primeiro lugar as persianas e os defletores acústicos junto ao escape e a montante, distinguindo-os das resistências menores que são bancos de baterias, depósitos de combustível, tubos de admissão e chaminé de escape. Resultado: um ventilador no dimensionamento justo, nem sobredimensionado nem subcapacitado.

Os defletores acústicos, principal fonte de perda de carga

Impostos pelas restrições de ruído, os defletores acústicos e as persianas constituem paradoxalmente o primeiro entrave à passagem do ar. É neste posto que se concentra a nossa análise, pois um tratamento acústico mal integrado pode por si só fazer cair o caudal de arrefecimento e pôr o grupo em falha térmica. O nosso estudo CFD decompõe a sua contribuição e arbitra o compromisso acústico / aeráulico:

• cartografia da perda de carga posto a posto: silenciador de admissão, silenciador de escape, persianas e grelhas;
• influência da velocidade do ar nos defletores, cuja perda cresce de forma exponencial com o caudal;
• arbítrio entre atenuação acústica e secção de passagem, para cumprir o objetivo de ruído sem sufocar a ventilação;
• seleção do ponto de funcionamento do ventilador na curva da rede, margem de pressão incluída.

Ao escoamento interior acrescenta-se o escoamento do vento sobre o edifício: o vento a soprar sobre o local pode aumentar a perda de carga e sobretudo fazer recircular os gases de escape sobreaquecidos para a entrada do motor.

Emissões, poluição e contaminação dos sistemas AVAC de ar novo

Um gerador assegura a alimentação, mas o seu motor emite poluentes: dióxido de carbono, enxofre e óxidos de azoto (NOx). A gasolina, a gás ou a gasóleo, pode degradar fortemente o ar nas imediações, sobretudo em uso intensivo. As nossas análises traçam a dispersão completa dos gases de escape a partir dos pontos de emissão e verificam a ausência de recirculação direta para as tomadas de ar higiénico (UTA) dos edifícios vizinhos. Quantificamos a poluição gerada em torno do local e identificamos as aspirações das emissões de chaminé pelas centrais de tratamento de ar novo que alimentam as zonas de vida: o objetivo é garantir um ar limpo aos ocupantes e afastar qualquer risco de contaminação dos locais pelos fumos do grupo. Entrega assim um local conforme, sem má surpresa na receção.

Especialidade: simulação CFD externa para centros de dados

Especialidade: cálculo das perdas de carga das redes

Elevação de temperatura nas aberturas de chaminé

As chaminés de escape atravessam frequentemente pavimentos e paredes de betão por aberturas (aberturas técnicas). Os gases muito quentes irradiam então para o betão envolvente: calculamos a elevação de temperatura do betão sob o efeito da radiação térmica da chaminé, a fim de permanecer abaixo dos limiares admissíveis do material e de dimensionar as proteções necessárias.

• modelação da radiação da parede da chaminé para o betão da abertura, em regime estabelecido e em pico de carga;
• cálculo da temperatura de superfície e no núcleo do betão, comparada com os limites de resistência do material;
• dimensionamento da folga da abertura, do écran ou do isolamento térmico, e da ventilação de apoio eventual;
• verificação da ausência de ponto quente nas estruturas e equipamentos vizinhos.

Perda de potência de produção segundo a temperatura de entrada

A potência que um gerador pode entregar diminui quando o ar de admissão aquece: para além das condições de referência, o motor sofre um desclassamento. Relacionamos a temperatura de ar à entrada do local, calculada por CFD, com a perda de potência elétrica esperada, para garantir que o grupo mantém a sua potência nominal mesmo em condições desfavoráveis.

• correlação entre a temperatura de admissão resultante da CFD e a curva de desclassamento do construtor;
• quantificação da perda de potência nos picos de temperatura (verão, impacto solar, recirculação);
• verificação da manutenção da potência nominal requerida, ou dimensionamento do complemento de arrefecimento.

Geradores em contentor: conceção à medida

O contentor é o caso onde o nosso saber-fazer faz a maior diferença. O volume é limitado, cada grelha e cada chicana conta, e o conjunto deve funcionar tanto sob um sol escaldante como com muito frio. Concebemos e validamos estes grupos empacotados por simulação CFD, antes do fabrico, para evitar as retomas dispendiosas no local.

Testar todos os climas, incluindo os mais extremos

Um contentor viaja e instala-se por toda a parte. Testamos, pois, cada conceção em vários cenários climáticos, do frio ártico ao calor dos trópicos, a fim de garantir o arrefecimento do motor no envelope mais desfavorável:

• Climas extremos: temperaturas ambientes altas e baixas, vento e orientação do contentor combinados com o pico de carga do motor.
• Impacto solar: a radiação aquece as paredes e a cobertura, o que eleva a temperatura interna e a temperatura de aspiração; quantificamos esse aporte e o seu efeito no caudal útil.
• Recirculação externa: verificamos que o vento não rebate os gases quentes de escape para as grelhas de admissão do contentor.

Um envelope desenhado com precisão

A partir destes resultados, otimizamos a implantação das grelhas de entrada e de emissão, o percurso do ar em torno do motor e do alternador, bem como o dimensionamento dos ventiladores face às perdas de carga dos defletores acústicos. Obtém assim um contentor validado numericamente, fiável em todas as suas condições de exploração e entregue sem campanha de ensaios físicos onerosa.

Uma equipa de engenheiros experiente em geradores

Na EOLIOS, os geradores fazem parte do nosso quotidiano. Os nossos engenheiros conhecem as restrições de dimensionamento, do arrefecimento do motor às perdas de carga dos defletores acústicos, e intervêm como verdadeiras forças de proposta: não entregamos apenas resultados de cálculo, propomos soluções concretas para fiabilizar a sua instalação.

Habituados a colaborar com construtores, gabinetes de estudos e exploradores, falamos a mesma linguagem técnica que as suas equipas e asseguramos as suas escolhas, do dossiê de conceção até à entrada em serviço.