Análise das rejeições térmicas de 18 compressores diesel sobrepostos no convés de um navio offshore no mar Báltico, para garantir a fiabilidade das instalações e o conforto dos técnicos.
A EOLIOS é especialista em otimização dos fluxos de ar complexos e em conforto eólico. No âmbito de um projeto industrial de grande envergadura, fomos solicitados para analisar o comportamento termo-aeráulico de um sistema de compressão massivo instalado no convés de um navio offshore em operação no mar Báltico. O desafio era de dimensão: simular as trocas térmicas de 18 compressores diesel sobrepostos para garantir a fiabilidade das instalações técnicas e a segurança das operações.
O essencial. No convés de um navio offshore no mar Báltico, 18 compressores diesel de 224 kW cada rejeitam um ar a cerca de 65 °C. Apesar de um vento de proa de 6 m/s, a arquitetura naval aprisiona as calorias: as simulações CFD revelam recirculações de ar quente, bolhas de calor que atingem 47 °C nas zonas de intervenção e fugas de 30 % nas evacuações. A solução validada pela EOLIOS reduz essas fugas a 3 % e protege ao mesmo tempo as máquinas e os técnicos.
A EOLIOS é líder da simulação CFD para os seus processos. Os nossos estudos assentam numa experiência de campanhas de medição em condições reais e de uma centena de instalações simuladas em todo o mundo.
Num ambiente marítimo sujeito a fortes emissões de calor, as soluções de ventilação padrão mostram os seus limites. Graças a uma análise que combina modelação 3D e simulação CFD, a EOLIOS estudou o comportamento real dos fluxos de ar em torno de 18 compressores diesel e propôs soluções concretas para otimizar a evacuação das rejeições, melhorar o conforto térmico e garantir a fiabilidade das instalações nas zonas de produção.
A missão articulava-se em torno de quatro objetivos :
Modelar o navio, as suas máscaras aeráulicas e os 18 compressores nas suas condições meteorológicas reais.
Quantificar as temperaturas de sucção das máquinas e as temperaturas ambientes nas zonas de intervenção.
Identificar os mecanismos de recirculação e de estagnação responsáveis pelos sobreaquecimentos.
Validar uma solução de evacuação das rejeições que garanta a continuidade de serviço e a segurança dos técnicos.
Para responder a este desafio, os nossos engenheiros desenvolveram um gémeo digital completo do navio e das suas instalações técnicas. A reprodução fiel da geometria complexa das estruturas e da disposição dos equipamentos no convés é crucial para captar os fenómenos de esteira e de recirculação.
O « gémeo digital » é a réplica virtual 3D de uma instalação real: geometria, fontes de calor, entradas e saídas de ar, condições meteorológicas. Serve de suporte à simulação CFD para testar o comportamento da instalação em cenários impossíveis de reproduzir no local: ventos extremos, plena carga, variantes de conceção.
A modelação integrou condições meteorológicas intensas próprias do mar Báltico, com um vento de proa sustentado de 6 m/s associado a uma temperatura exterior elevada. A dificuldade maior deste estudo residiu na modelação precisa dessas condições de bordo instáveis, em que o escoamento de ar incidente encontra uma arquitetura naval que gera múltiplas zonas de estagnação e descolamentos aerodinâmicos. Essas zonas limitam a renovação do ar em torno das instalações técnicas. Na ausência de uma ventilação forçada e dirigida, tornam-se armadilhas térmicas onde as calorias rejeitadas estagnam, aumentando localmente a temperatura ambiente independentemente da força do vento exterior.
A acumulação de 18 compressores num espaço restrito representa uma carga térmica colossal. Com efeito, cada unidade desenvolve uma potência total de 224 kW, gerando um fluxo de calor massivo que tem de ser evacuado em continuidade para preservar a integridade do sistema. Em funcionamento, o ar é expulso a uma temperatura de saída na ordem dos 65 °C, criando um verdadeiro foco calorífico no coração do navio. Sem uma gestão rigorosa dos fluxos, o risco de sobreaquecimento é imediato: as simulações revelavam que as temperaturas de sucção podiam rapidamente atingir o limiar crítico dos sistemas, ameaçando a integridade das máquinas e a continuidade de serviço.
Fala-se de « recirculação » quando uma parte do ar quente rejeitado por uma máquina é reaspirada, por ela mesma ou por uma unidade vizinha, em vez de ser evacuada. A temperatura de aspiração sobe então acima da temperatura exterior, degradando o rendimento e podendo levar à colocação do equipamento em segurança.
Os nossos engenheiros identificaram dois fenómenos físicos distintos que degradam o desempenho:
Recirculações diretas (circuitos curtos): o ar quente rejeitado à saída de certos compressores era imediatamente reaspirado pelas entradas de ar das unidades vizinhas.
Recirculações indiretas (aquecimento ambiente): o calor estagnante em torno da estrutura criava um aumento global da temperatura do ar circundante, « poluindo » assim o ar fresco antes mesmo da sua aspiração pelos sistemas.
Estes fenómenos de recirculação decorrem diretamente de um confinamento estrutural em que a disposição compacta dos compressores, associada à presença de obstáculos arquitetónicos massivos, aprisiona o ar no convés. Esta configuração dificulta a circulação dos fluxos e impede a convecção natural de desempenhar o seu papel de regulador térmico, criando zonas de estagnação onde as calorias se acumulam sem poderem evacuar-se. Na ausência de uma varredura de ar fresco eficaz, a arquitetura do navio acaba por agir como uma armadilha, forçando a reaspiração do ar quente e degradando assim o desempenho global da instalação.
O conforto dos técnicos e do pessoal de manutenção constituía também um ponto crucial para o cliente, além dos desafios de desempenho térmico dos equipamentos. As intervenções humanas no convés exigem, com efeito, condições ambientes compatíveis com operações de manutenção por vezes longas, realizadas na proximidade imediata das fontes de calor.
A física dos fluxos mostra que, na ausência de solução otimizada, as calorias estagnantes criam « bolhas de calor » que podem atingir até 47 °C, tornando as intervenções no convés extremamente penosas, ou mesmo perigosas. Estas acumulações térmicas aparecem sobretudo nas zonas de fraca mistura de ar, onde os penachos quentes provenientes dos equipamentos tendem a concentrar-se sem serem corretamente evacuados.
Desafio de segurança no trabalho. A 47 °C, o organismo já não consegue evacuar o seu próprio calor: a sudação torna-se ineficaz, o ritmo cardíaco acelera e o risco de golpe de calor aparece em algumas dezenas de minutos. Uma intervenção de manutenção prolongada numa tal bolha térmica não é apenas incómoda, é perigosa.
O estudo concentrou-se na gestão dos fluxos de rejeição para canalizar o ar quente longe das zonas sensíveis. As nossas primeiras análises evidenciaram um desafio técnico maior: fugas de ar quente na ordem dos 30 % ao nível das junções dos sistemas de evacuação, o que anulava uma parte dos benefícios e mantinha um sobreaquecimento local.
A competência técnica incidiu no desenvolvimento de uma ligação perfeitamente estanque entre os compressores e as condutas de rejeição. Esta configuração é indispensável para canalizar o ar expulso a 65 °C e transformar a pressão residual das máquinas numa velocidade de ejeção capaz de perfurar as zonas de esteira estrutural. No entanto, a passagem a um sistema estanque impõe dominar as perdas de carga geradas pela geometria complexa e pelas curvas das condutas, que agem como resistências ao escoamento. O desafio é então crítico : se essas perdas de carga excederem a pressão estática disponível à saída, o caudal de ar desmorona-se, provocando um sobreaquecimento interno dos equipamentos.
A « perda de carga » designa a perda de pressão sofrida por um fluido ao atravessar uma rede: atritos ao longo das paredes, curvas, estreitamentos, junções. Quanto mais tortuosa é a rede, mais elevada é a resistência; se ultrapassar a pressão disponível, o caudal cai e a evacuação do calor deixa de estar assegurada.
Graças à simulação CFD, a EOLIOS validou uma conceção que reduz as fugas de 30 % para apenas 3 %, garantindo que a totalidade da energia pneumática seja dirigida para a evacuação, de modo a compensar as resistências da rede. Este ganho de desempenho assegura que o ar fresco permanece predominante em torno das instalações, transformando uma configuração de alto risco num ambiente de trabalho seguro e termicamente dominado.
Este estudo ilustra a importância do contributo da modelação numérica em fase de conceção ou de reabilitação. Ao revelar os riscos térmicos muito antes da instalação real, permitimos ao cliente ajustar a sua conceção para garantir uma eficácia máxima nas condições mais duras.
Está a trabalhar num projeto em que a gestão dos fluxos de calor e o conforto dos operadores são determinantes? Recorra à nossa especialidade CFD para proteger as suas escolhas e otimizar as suas intervenções desde a fase de estudo.
Saber-fazer: o estudo CFD dos geradoresRecirculação de ar quente, arrefecimento no mar e contributo da simulação CFD.
A disposição compacta das unidades e os obstáculos arquitetónicos do navio criam zonas de esteira onde o ar estagna. O ar rejeitado a cerca de 65 °C é então imediatamente reaspirado pelas entradas de ar das unidades vizinhas (circuito curto), ou aquece o ambiente geral antes da aspiração (recirculação indireta), degradando o desempenho do conjunto.
Não. Mesmo com um vento de proa sustentado de 6 m/s, a arquitetura naval gera zonas de estagnação e descolamentos aerodinâmicos que limitam a renovação do ar em torno das instalações. Sem ventilação dirigida, essas zonas tornam-se armadilhas térmicas onde as calorias se acumulam, independentemente da força do vento exterior.
Um cálculo clássico raciocina em balanços globais e não vê os fenómenos locais : recirculações, esteiras, bolhas de calor. A CFD resolve o campo de velocidade e de temperatura em todos os pontos do domínio e revela esses mecanismos invisíveis, permitindo testar variantes de conceção antes de qualquer instalação real.
Desenvolvendo uma ligação perfeitamente estanque entre os compressores e as condutas de rejeição, validada por simulação. A pressão residual das máquinas é convertida em velocidade de ejeção capaz de perfurar as zonas de esteira, dominando ao mesmo tempo as perdas de carga da rede para não fazer cair o caudal.
Sim. A mesma metodologia (gémeo digital, condições meteorológicas reais, análise das recirculações) aplica-se aos geradores, às casas das máquinas, às plataformas offshore e a qualquer processo que rejeite calor em espaço confinado ou semiaberto.
Explore as nossas especialidades, projetos e dossiês técnicos para ir mais longe do que a FAQ.
Este estudo termo-aeráulico incide na análise dos fluxos de ar e das rejeições térmicas de 18 compressores diesel instalados no convés de um navio offshore no mar Báltico. Graças a uma modelação 3D de alta fidelidade e a simulações CFD avançadas, os engenheiros identificaram fenómenos críticos de recirculação de ar quente e de estagnação térmica capazes de provocar temperaturas perigosas para os equipamentos e os técnicos. O estudo permitiu conceber uma solução otimizada de confinamento e de evacuação dos fluxos, reduzindo fortemente as fugas de ar quente e melhorando ao mesmo tempo a fiabilidade das instalações, o conforto térmico dos operadores e a segurança global do sistema em condições climáticas severas.
Além do caso marítimo, a abordagem é transponível para qualquer instalação que rejeite calor em espaço condicionado : geradores, casas das máquinas, coberturas técnicas, plataformas industriais. Para prolongar a leitura :
Especialidades CFD, projetos entregues e dossiês técnicos: todo o domínio Processo industrial, reunido num único ponto de acesso.
O mais simples é falarmos juntos. Os nossos engenheiros respondem-lhe com uma primeira leitura técnica.
