Numerical modeling and assessment of the thermal environment in an industrial premise of automotive components

Abstract

Design ergonomic and thermally comfortable workplaces is a concern for nowadays industries for several reasons, such as the workersâs health and satisfaction which improve their performance. Associated with the obligation by law to provide healthy working conditions, several industries have carried out rigorous thermal environment studies using, for that purpose, mathematical models that predict how (dis)comfortable their employees feel. The use of such models requires physical variables that interact with the human body, such as air velocity, temperature, and humidity at the workplaces under evaluation. The main purpose of this work was to assess whether the numerical modeling is a suitable framework to characterize and to evaluate the physical component of the thermal environments in industrial contexts. The numerical modeling provides the behavior of the physical variables, helping engineers to study several (real or hypothetical) scenarios and therefore to design optimal thermal environments. This approach was implemented in the context of an industrial premise for automotive components where the air velocity, temperature and humidity distributions were simulated. The results were compared with experimental values and it was seen that they fall within the simulated values range, indicating that the model is reliable. It was also concluded that the natural ventilation of the building plays a key role in the thermal environment, providing a larger air circulation and cooling the environment that goes beyond the efficiency of the artificial ventilation system installed. An hypothetical scenario corresponding to an alternative layout was also investigated in this work to prove the usefulness of this inovative approach.

Projectar postos de trabalho ergonómicos e termicamente confortáveis tem merecido grande atenção por parte das industrias por inúmeras razões, entre elas a saúde e a satisfação dos seus trabalhadores melhorando a sua performance. Associado ao dever legislado de proporcionar condições de trabalho saudáveis, muitas induústrias têm levado a cabo rigorosos estudos de ambiente térmico recorrendo para o efeito a modelos matemaáticos que prevêem o quão (des)confortáveis os seus trabalhadores se sentem. A sua implementação requer variáveis fiísicas que interagem com o corpo humano, tais como a velocidade, a temperatura e a humidade do ar nos postos de trabalho sob avaliação. O presente trabalho pretende investigar se a simulação numérica é capaz de proporcionar uma ferramenta auxiliar nos estudos de ambiente térmico. Ao prever o comportamento das variáveis físicas anteriormente referidas, o engenheiro é capaz de estudar inúmeros cenários (reais ou hipotéticos) e dessa forma projectar ambientes térmicos óptimos. A presente abordagem foi aplicada no contexto de uma nave industrial para componentes automóveis onde foram simuladas as distribuições de velocidade, temperatura e humidade do ar. Os resultados obtidos foram comparados com valores experimentais concluindo-se que estes se enquadram dentro do intervalo de valores simulados e indicando que o modelo é válido. Concluiu-se também que a ventilaa ão natural do edifício tem um papel fundamental no ambiente térmico estudado, proporcionando uma maior circulação de ar e de arrefecimento que vai além daquela proporcionada pelo sistema de ventilação artificial instalado. Um cenário hipotético correspondendo a uma alteração de layout foi também investigado neste trabalho para provar a utilidade desta abordagem.