1.
INTRODUCCIÓN
Un incendio es una reacción química exotérmica de alta
velocidad de reacción, en la cual los elementos reactantes (combustibles)
formaran o transformaran en nuevos
productos.
Los productos resultantes de un incendio tienen efectos
diferentes tanto sobre la reacción química de combustión (incendio), cuerpo
humano y estructuras de los edificios. Algunos de estos productos se agrupan
en: Humos, Gases, Llamas y Calor.
En la actualidad es conocido que en el desarrollo de un
incendio uno de los productos que ha causado más muertes ya sea por su
producción o movimiento es el humo.
El comportamiento de un incendio, más aún el del humo
producto de este, es un fenómeno muy complejo, por lo que para su entendimiento
se hace el uso de estudios basados en modelos matemáticos para predecir el
comportamiento y desarrollo de un incendio como de sus productos.
En las últimas décadas el modelado y simulación de incendios
han jugado un papel importante en la investigación de los aspectos científicos
y tecnológicos de los incendios permitiendo entender las leyes que le rigen;
permitiendo la aparición de nuevos métodos de diseños para los sistemas de
protección contra incendios.
Actualmente existen importantes modelos de simulación
computacional siendo uno de los principales el FDS (Fire Dynamic Simulator),
que es un modelo computacional de dinámica computacional (CFD). El FDS fue
concebido de manera específica para reproducir fenómenos de incendios en recintos
cerrados, resuelve numéricamente un tipo de ecuaciones de Navier - Stokes.
Además existen software que permiten simular escenarios de
incendio usando el modelo de simulación FDS de manera más sencilla y amigable a
través de una interfaz gráfica; uno de estos programas es el PYROSIM.
2.
PYROSIM
Es una interfaz gráfica de usuario para el simulador FDS. Este
simulador puede predecir, humo, temperatura, monóxido de carbono y otras
sustancias durante los incendios. Los resultados de estas simulaciones son utilizadas
para garantizar la seguridad de los edificios antes de su construcción, evaluar
opciones de seguridad de los edificios existentes, etc.
La interfaz de PYROSIM proporciona el ingreso de información
inmediata y asegura el formato correcto para el archivo de entrada a FDS. Se
puede trabajar en unidades métricas o inglesas y se puede cambiara entre las
dos en cualquier momento. Además ofrece funciones de creación de geometría 2D y
3D de alto nivel, tales como paredes diagonales, dibujar con imágenes de fondo,
puede importar archivos DXF que incluye superficies en 3D o líneas en 2D que
pueden ser extruidas para crear objetos 3D en PYROSIM.
3.
ESCENARIOS DE INCENDIOS
Con la
finalidad de realizar un estudio y análisis del comportamiento y
características de un incendio en espacios cerrados se definieron dos
escenarios de incendios. Para ambos caso se trata de un estacionamiento ubicado en un 4° sótano con un área de 3 755 m2 y una
altura de 3 m (ver imagen 02). Se está considerando que el estacionamiento se
encuentra ventilado naturalmente por los ductos de escaleras, ascensores,
montantes, extracción de monóxido y el acceso al nivel superior, además el
estacionamiento no cuenta con rociadores.
Para un
primer escenario se simulará el incendio sin considerar la presencia de miembros estructurales en el
techo (ver imagen 03), y en el segundo escenario se está considerando un
estacionamiento con miembros estructurales en el techo - vigas (ver imagen 04).
Las
características del desarrollo del incendio considerado en el estacionamiento
están relacionadas con un posible incendio de un vehículo con una taza de
liberación de calor de 4 MW por un
tiempo aproximado de 300 segundos.
Img. 02 Estacionamiento en 4° sótano
Img.03 Escenario 1 Img.04 Escenario 2
4.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
A
continuación se analizará de forma detallada los resultados obtenidos del
modelamiento de incendio en ambos escenarios.
4.1.Propagación del humo
En las imágenes
05 y 06 se puede observar la forma de propagación y alcance de la capa de humo
del incendio para cada escenario. En ambos casos la comparación se hace en un
tiempo de 120 segundos después de haber iniciado el incendio. De las imágenes
se puede apreciar que la propagación del humo para el escenario 1 es más rápido
y cubre mayor área que en el escenario 2 el cual cuenta con vigas.
Img.05 Propagación de humo en escenario 1 Img.06 Propagación de humo escenario 2
Las
diferencias en la propagación de humos que se observan en las imágenes 05 y 06,
se debe a la presencia de vigas que tienen un peralte de 0.60 m, las cuales
sirven como barreras retardando de esta forma la velocidad de propagación del
humo en todo el estacionamiento.
4.2.Temperaturas de la Capa de Humo
En las
imágenes 07 y 08 se puede observar una vista longitudinal y una vista a nivel
del techo, las que muestran las temperaturas que alcanza la capa de humo en
ambos escenarios. Para ambos casos la comparación se hace en un tiempo de 237
segundos después de haber iniciado el incendio. De estos resultados se puede
observar que la temperatura que alcanza la capa de humo en el escenario 2
(270°C) es mayor que la temperatura que se alcanza en el escenario 1 sin vigas
(220°C). Por otro lado se observa que la propagación de calor es más rápido y
tiene mayor área de alcance en el escenario 1 que en el escenario 2; esto se
puede notar observando el alcance que tiene la frontera de color negro que se
muestra en la vista a la altura del techo para ambos escenarios.
Se alcanzan mayores temperaturas en la capa de humo en el escenario 2,
debido a que las vigas forman entre ellas áreas cerradas hasta cierto nivel que
permiten una concentración mayor de calor y de gases combustibles inquemados;
posiblemente estos último lleguen a quemarse en estas áreas elevando de esta
manera la temperatura. Así mismo las vigas hará que la propagación del calor
sea de de manera más lenta.
4.3. Altura de la capa de humo
En las imágenes 09 y 10 se muestran
las alturas que alcanza la capa de humo en función del tiempo para ambos
escenarios. El tiempo referencial de comparación se hizo entre 230 y 300
segundos después de iniciado el incendio. De los resultados se observo que en
el escenario 2 hubo un descenso súbito de la capa de humo hasta alcanzar los
0.70 m sobre el nivel del piso por un periodo aproximado de 5 segundos, luego de los cual ascendió
hasta los 1.9 m para luego descender poco a poco como se observa en la
imágenes. Además también se observó que la capa de humo tiene un mayor descenso
en el escenario 2 que en el escenario 1 conforme pasa el tiempo.
Img.09 Altura de la capa de
humo escenario 1
Img.10 Altura de la capa de humo
escenario 2
5.
CONCLUSIONES
1. El
modelado de incendios son de gran utilidad ya que permiten observar el
comportamiento de la capa de humo, las temperaturas que pueden alcanzar estos
incendios, entre otros, estos resultados
del modelado son muy importantes para el diseño de sistemas contra incendios.
2. PYROSIM
es una buena herramienta para el modelado de incendios, ya que gracias a su
entorno gráfico amigable permite el ingreso de información de forma sencilla
para la simulación de incendios usando el FDS.
3. En
los tiempos analizados anteriormente, se observó que la propagación de humo y
de calor es mucho más rápido y con mayor área de influencia para el escenario
1.
4. Aunque
se tienen mayores temperaturas en el escenario 2, la propagación del humo y
calor son más lentas.
5. Se
puede decir que una de las formas para
poder controlar la propagación de los productos de humo, calor y otros
productos se puede hacer a través del dimensionamiento de vigas, las cuales
pueden permitir ganar tiempo ya sea para la evacuación de personas o para el
control del incendio.
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