Con los Modelos de Simulación Computacional de Incendios se busca representar de manera simplificada los fenómenos que tienen lugar en un incendio. Se trata de realizar una idealización de la realidad, para que, de una forma fácil, se pueda analizar un incendio y sus subproductos, comprobando diferentes hipótesis. En definitiva, predecir el comportamiento de un incendio en un determinado recinto.
La simulación computacional de incendios, que se basa en modelos matemáticos, tiene algunas limitaciones debidas a la naturaleza fortuita del mismo —que hace que existan gran cantidad de escenarios posibles—, y a la complejidad de los fenómenos que tienen lugar: combustión, mezcla turbulenta, flujos multifásicos… Y además arrastra, debido a la idealización realizada, una serie de errores que se deben tener en cuenta a la hora de analizar los resultados obtenidos.
Por un lado están los errores conocidos, es decir aquellos que se introducen de manera consciente en el modelo, debido a la necesidad de hacer aproximaciones físicas, redondeos en los cálculos computacionales, convergencia iterativa y discretización espacial. Sobre estos errores se tiene conocimiento y es posible establecer en qué medida los resultados del modelo se ven afectados por ellos, de forma que podemos esforzarnos en minimizarlos adecuadamente utilizando por ejemplo mayores o menores tamaños de celda, adecuando los materiales, etc.
Por otro lado están los errores que podríamos considerar “peligrosos”, que son los errores no conocidos, introducidos en el modelo por el diseñador, bien sea por desconocimiento del fenómeno del incendio, sus efectos e interacciones; o sencillamente por ignorancia de las cuestiones de programación.
En este sentido resulta fundamental disponer de los conocimientos sólidos del fenómeno físico que tiene lugar y utilizar el modelo de manera honesta y rigurosa. En cualquier caso, una vez definidos los fines del modelo debe realizarse un proceso de validación que permita determinar el grado en que, tanto el modelo como los resultados obtenidos, suponen una representación fiel de la realidad.
Por lo tanto en todo MSCI resulta básico definir qué objetivos se persiguen con la simulación para definir los aspectos que deben ser considerados e incluso decidir qué herramienta, qué tipo de modelo, conviene utilizar.
Actualmente se utilizan principalmente dos tipo de modelos:
Modelos de zona
Se realiza una idealización de la realidad en la que se considera:
- Temperatura de los gases uniforme,
- temperatura del resto del recinto uniforme,
- altura de la interfase de capas estable,
- efectos dinámicos sobre la presión insignificantes,
- propiedades uniformes en cada capa.
Son por tanto modelos sencillos en los que el margen de error es mayor, pero que pueden ser útiles e incluso suficientes si lo que se busca es una aproximación a la solución del problema.
Modelos de campo
Proporcionan datos de la evolución en el tiempo del humo y gases calientes, en un modelo tridimensional, aplicando dinámica computacional de fluidos a cada uno de los subvolúmenes en que se divide el escenario. Son por lo tanto mucho más detallados, pero a su vez requieren una capacidad computacional mucho más elevada. Permiten representar geometrías más complejas y los errores conocidos que se introducen son menores.
Los pasos a seguir en ambos casos son los mismos:
Definición de la fuente de ignición inicial
El principal parámetro de definición del incendio es su velocidad de cesión del calor (HRR,
Heat Release Rate). Según esto se consideran principalmente dos tipos de incendios de diseño:
- Steady fire: Se idealiza el incendio considerándolo estable, es decir con una velocidad de cesión de calor constante a lo largo de toda la vida del incendio.
- Unsteady fire: Se considera una curva genérica de crecimiento del incendio que representa los materiales del recinto. El crecimiento corresponde a una curva t-cuadrática, existiendo cuatro tipos de crecimiento: lento, medio, rápido y muy rápido.
La curva de liberación de calor crecerá con el tiempo, hasta que su crecimiento se detenga, por ejemplo:
- por la acción de los rociadores o de otro elemento de supresión.
- por la escasez de aire durante la combustión.
- por la limitación de combustibles.
También es posible introducir la curva de liberación de calor obtenida a partir de ensayos de laboratorio.
Definición de los materiales
Se trata de introducir los elementos secundarios existentes en el escenario, que pueden afectar al HRR total y a la evolución del incendio en mayor o menor medida según se comporten los materiales constituyentes. Esto se puede hacer a través de las propiedades térmicas de los materiales, definiendo sus curvas de cesión de calor, temperaturas de autoignición, etc.
Definición del escenario
Se deben considerar dimensiones, alturas, volúmenes, aberturas, sistemas de ventilación, sistemas de extinción, de control de temperatura y evacuación de humos, y demás elementos que tienen influencia significativa en el desarrollo del incendio.
Con todo esto obtenemos un modelo que se puede utilizar como:
- Herramienta de análisis, tanto a priori como a posteriori. Predicción de las consecuencias de un incendio o determinación de las causas de un incendio ya ocurrido.
- Herramienta de diseño, de forma que se pueda estudiar en qué medida los medios de protección contra incendios seleccionados para un determinado escenario son efectivos, de ahí su elevada utilización como herramienta en un PBD. En estos casos se trata de probar y demostrar que con las medidas propuestas se alcanzan unos niveles de seguridad que son al menos equivalentes a los obtenidos de la aplicación prescriptiva de la normativa.
