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ingeniería de incendios

Modelización del desarrollo del incendio (CFD)

Las herramientas de CFD (computational fluid dynamics) aplicadas a la seguridad de edificios en caso de incendio se utilizan tanto para diseñar los sistemas de protección contra incendios como para investigar fuegos reales. El cálculo computacional nos permite considerar múltiples escenarios de fuego y estimar sus consecuencias sin tener que realizar costosos experimentos para cada caso a analizar, ahorrando tiempo y dinero.

Cuanta más precisión se requiere en los cálculos, mayor es el coste computacional y más necesario es por parte del usuario un buen conocimiento del fenómeno físico, del esquema numérico empleado y de la estructura interna del código utilizado.

Existen muchos modelos numéricos para el estudio de un escenario de incendio en edificios, con distintos costes computacionales y precisión. Su utilización depende de la fase del diseño en la que estemos, la precisión necesaria y el coste computacional que estemos dispuestos a asumir. Hay muchos tipos de modelos computacionales utilizados para modelizar incendios.

Modelos de Zona

Los modelos zonales discretizan el dominio dividiéndolo en diferentes zonas, dentro de las que dan propiedades medias de las magnitudes en cada una de ellas. Los modelos más comúnmente utilizados son los que dividen el dominio en dos zonas, una superior caliente y una inferior fría. Las variaciones de las propiedades es el resultado del intercambio de masa, cantidad de movimiento y energía entre las zonas.
Son modelos de cálculo rápido y que se usan en diseños preliminares y para el estudio de la propagación de incendios. Proporciona resultados aproximados, sobre todo para una primera estimación de las temperaturas y son muy rápidos.

Por otra parte, tienen importantes limitaciones: No da información de detalle, no permiten la modelización de geometrías complejas, los resultados son aproximados, la simplicidad física y computacional de estos métodos tiene como contrapartida la necesidad de conocer determinados datos como el flujo en las aberturas, los modelos de combustión y las correlaciones experimentales para el intercambio de propiedades entre zonas.

Algunos ejemplos de software comercial que usan este modelo son: CFAST, SmokePro, Argos y Ozone.

Modelos de Campo

Estos modelos resuelven las ecuaciones que rigen el comportamiento de un fluido en forma de un sistema de ecuaciones en derivadas parciales, utilizando distintos métodos (diferencias finitas, volúmenes finitos).

La discretización del campo es mucho más intensa que en un modelo zonal, y se fijan unas condiciones de contorno que cierran el problema. A cambio, proporcionan soluciones de detalle, requieren menos empirismos y amplían el abanico de escenarios que se pueden estudiar.

La información obtenida tiene más significado físico, pero la complejidad del modelo computacional produce una mayor dependencia del esquema numérico para la obtención de resultados y tiempos de cálculo mucho mayores que los modelos zonales. Se puede estudiar el desarrollo del humo, lo cual no es posible con modelos zonales por las hipótesis de estratificación que implican dichos modelos. Permite análisis detallados de geometrías complejas.

Dentro de los Software comerciales que utilizan este modelo (CFD) se puede distinguir los que son de tipo general; Fluent, CFX, PHOENIX, y los que se ajustan específicamente al estudio del fuego; SOFIE, FDS, JASMINE.

En ASHES nuestros especialistas en simulación computacional utilizan, fundamentalmente, el FDS (Fire Dynamic Simulator). Este modelo, esta desarrollado por el NIST (National Institute of Standards and Technology), es adecuado para incendios en recintos cerrados con diferentes factores de ventilación, resuelve las ecuaciones que gobiernan los fenómenos de dinámica de fluidos; ecuaciones de Navier-Stokes, siendo válido para aplicaciones con bajo número de Mach, baja velocidad de flujo considerado desde un punto de vista térmico, con énfasis en el transporte de humo y calor derivados del incendio. Emplea, además, la técnica de simulación de grandes remolinos (LES – Large Eddy Simulations) para el tratamiento de las turbulencias.

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