Análisis de sistema de evacuación de humos en una nave industrial con software FDS

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Análisis de Sistema de Evacuación de Humos en una Nave Industrial con software FDS. Autor: Antonio Urzaiz García-O’Neill Tutores: Estanislao Nuñez Delgado, Manuel Villalba García Dep. de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2018 iii Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Análisis de Sistema de Evacuación de Humos en una Nave Industrial con software FDS. Autor: Antonio Urzaiz García-O’Neill Tutores: Estanislao Núñez Delgado Manuel Villalba García Dpto. Ingeniería de la Construcción y Proyectos de la Ingeniería Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2018 v Trabajo Fin de Grado: Análisis de Sistema de Evacuación de Humos en una Nave Industrial con software FDS. Autor: Antonio Urzaiz García-O’Neill Tutores: Estanislao Núñez Delgado, Manuel Villalba García El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2018 El secretario del Tribunal vii A mi familia A mis maestros ix Agradecimientos Quisiera agradecer a varias personas la ayuda que me han prestado en la realización de este Trabajo Fin de Grado. Entre ellas, y en primer lugar a mis tutores, por todo lo que me han transmitido y enseñado durante estos meses. Por haber confiado en mí en todo momento para la realización de este trabajo. Ante las dificultades que se han presentado siempre han estado dispuestos a dedicarme su tiempo y su conocimiento. Se lo agradezco profundamente. También quiero agradecer la ayuda que me ha sido prestada por parte del departamento de Ingeniería de la Construcción y de Proyectos de la Ingeniería. Tanto durante estos años de grado como durante la realización del Trabajo Fin de Grado han estado siempre dispuestos a facilitarme los medios para completar mi formación académica. No puedo olvidar tampoco a Jara, Antonio, Blanco y Jesús con los que durante estos años de grado he compartido asignaturas, agobios, penas y alegrías. Este trabajo es también en parte gracias a ellos, por lo que les estoy muy agradecido. Y a toda mi familia: en especial a mis padres y a mis hermanos. Han sido un apoyo constante, y me lo han dado todo y siguen apoyándome cada día. Todas las personas que han sido aquí citadas han colaborado en la realización de este trabajo. Unos, directamente conmigo en la Escuela, y otros, apoyándome día a día. Que este agradecimiento se haga extensivo a todos los años de carrera. Antonio Urzaiz García-O’Neill Sevilla, 2018 xvii ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Triángulo del fuego 12 Ilustración 2. Tetraedro del fuego 13 Ilustración 3. Diferencias edificios con/sin SCTEH. Control de altura de capa de humos 16 Ilustración 4. Elementos del SCTEH. 18 Ilustración 5. Curva control incendio. Rociadores de supresión vs rociadores de control. 22 Ilustración 6. Depósitos de humos y cortina de humos. 27 Ilustración 7. Vista cenital exterior. 27 Ilustración 8. Sección vertical longitudinal con estanterías. 28 Ilustración 9. Sección Transversal con estanterías. 28 Ilustración 10. Funcionamiento de los dos depósitos de humos 28 Ilustración 11. Vista en detalle de cortina de humos y sellado de huecos entre cerchas y cubierta. 29 Ilustración 12. Ubicación de los exutorios. 31 Ilustración 14. Subdepósito con sus dos exutorios. 33 Ilustración 15. Vista de los exutorios en isométrica. 34 Ilustración 16. Sección longitudinal 35 Ilustración 17. Sección transversal 36 Ilustración 18. Simulación del exterior de la nave. 37 Ilustración 19. Vista general del interior de la nave. 37 Ilustración 20. Vista del interior de la nave desde altura de visión de 1.8 metros. 38 Ilustración 21. Vista desde la zona del muelle de carga y descarga. 38 Ilustración 22. Vista interior con exutorios instalados. 38 Ilustración 23. Límites de los factores C e RTI para la orientación normal 48 Ilustración 24. Contornos de dispresión del agua 48 Ilustración 25. Normativa referente a rociadores de supresión. 49 Ilustración 26. Ubicación de los rociadores. 63 Ilustración 27. Conflicto en las dos vigas que se observan en medio de la ilustración. 84 Ilustración 28. Curva de evolución del fuego. 87 Ilustración 29. Rociador activo y sin activar. 116 xix ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Punto de inflamabilidad alcoholes. 13 Tabla 2. Determinación de los parámetros del modelo de incendio 30 Tabla 3. Superficie aerodinámica según el tipo de exutorio. 33 Tabla 4. Dimensiones del exutorio según el tipo. 34 Tabla 5. Peso por exutorio en función del tipo. 35 Tabla 6. Categorías de clasificación temperatura /tiempo normalizadas. 36 Tabla 7. Conversión de combustible en humo 43 Tabla 8. Resumen Escenarios simulados. 88 Tabla 9. Parámetros con valores fijos. 88 Tabla 10. Resumen de resultados obtenidos. 89 Introducción y Análisis Descriptivo 12 12 1. INTRODUCCIÓN Y ANÁLISIS DESCRIPTIVO 1.1. Introducción al incendio. En este apartado se pasa a explicar los conceptos básicos relacionados con el incendio, el movimiento de humos y el fuego. 1.1.1. Concepto de fuego. Un fuego es una reacción química de combustión, una oxidación rápida de una sustancia generando calor, luz (llamas), humo y gases. Todo fuego necesita tres elementos indispensables para iniciarse, definimos así el “triángulo del fuego”: Ilustración 1. Triángulo del fuego La materia que se quema (se oxida) es denominada combustible. Por ejemplo: madera, papel, alcohol, butano… Los fuegos se pueden clasificar según el combustible que está ardiendo. La energía necesaria para iniciar la reacción es denominada calor. Según el combustible, esta será más o menos grande. Un sólido como la madera necesita de cientos de grados de temperatura y un gas como el butano solamente necesita la energía de una chispa. Lo que reacciona (se oxida) con el combustible generando así la combustión es denominado comburente. Normalmente será el oxígeno presente en el aire (21% de oxígeno y 79% de nitrógeno), pero también puede ser un sólido o un líquido como el agua oxigenada. Cada combustible necesita de una cantidad determinada de comburente para que se produzca la combustión. 13 Una vez iniciado el fuego, su continuidad o su extinción dependerá de los anteriores factores y de un nuevo factor. Dicho factor es denominado reacción en cadena que representa el cuarto eslabón del conocido como tetraedro del fuego: Ilustración 2. Tetraedro del fuego Para entender en qué consiste la reacción en cadena debemos saber que para que haya llamas en un fuego siempre debe haber gases. Cuando la cantidad de gases producidos es suficiente el fuego se autoalimenta, es decir, el fuego genera más calor que produce más gases que, a su vez, provoca un aumento en la generación de calor y así sucesivamente. Este fuego no se apaga hasta que se elimine alguno de los cuatro elementos. La reacción en cadena es un concepto químico complejo que depende principalmente de las características del combustible: composición, estado físico, humedad, tamaño… Está relacionado con la facilidad para producir esos gases combustibles. La madera arde antes si la tenemos seca y en pequeños trozos porque necesita menos temperatura para que empiece la reacción en cadena. Los sólidos, con el calor, se descomponen emitiendo sustancias volátiles muy reactivas que son las que arden y forman la llama. Este fenómeno se conoce como pirólisis y se da en cualquier materia orgánica (no se da en metales ni en vidrios). En el caso estudiado, el polietileno, el cartón y la madera serán los sólidos que provoquen la aparición de la llama. En los sólidos orgánicos se da el fenómeno de la combustión incandescente, es decir, la combustión lenta sin llama (se puede ver en las ascuas o brasas que se usan para asar alimentos, en un cigarrillo o en una barita de incienso). En el caso estudiado podría darse con la madera de los palés. Si no se produce la reacción en cadena será por el agotamiento de las sustancias volátiles, por la falta de calor para generarlas y/o por la falta de oxígeno. En cuanto a los líquidos (material que se encuentra en la nave estudiada) deben evaporarse para poder arder. Por eso, si están en un recipiente, arden solo en superficie y la llama estará flotando sobre él. Según su temperatura de inflamación o flash point (aquella a la que generan suficientes gases para arder en presencia de una fuente de ignición) serán más o menos peligrosos. Para el caso del alcohol almacenado en la nave estudiada será de unos 26ºC. Tabla 1. Punto de inflamabilidad alcoholes. Concentración de etanol (% vol) 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 96 Temperatura (ºC) 62 49 36 29 26 24 22 21 20 17 17 Introducción y Análisis Descriptivo 14 14 Los gases combustibles ya se encuentran listos para arder y siempre lo hacen en su totalidad (si hay suficiente oxígeno) y sin dejar residuos. Si se retira cualquier eslabón del tetraedro se apagará el fuego. 1.1.2. Control de humos y movimiento de humos. Se define el humo como un conjunto o masa visible de partículas sólidas y líquidas en suspensión, y la mezcla de vapores y gases calientes que se produce durante el proceso de combustión, y la cantidad de aire que se ve, de alguna manera, mezclado en esa masa. Con el fin de describir el movimiento de humo en edificios, dicho tratamiento se divide en dos zonas generales. Estas zonas son: 1. Zona de Humo Caliente: aquellas zonas del edificio en las cuales la temperatura del humo es lo suficientemente alta para que el cuerpo del humo tienda a elevarse hacia el techo, mientras que el aire limpio (o al menos, con menos polución) descienda hacia las partes más bajas del espacio en cuestión. Normalmente, esto ocurre en la habitación donde tiene origen el incendio. De la misma manera, dependiendo del nivel de la energía producida por el incendio y del tamaño de las aberturas que lo conectan, por ejemplo, puertas abiertas, etc., las zonas de humo caliente se extienden a las habitaciones adyacentes o pasillos. La ventilación de humo en los patios y el movimiento del humo en los pasillos abiertos hacia espacios donde se puede producir la combustión súbita generalizada, están en el entorno de la zona de humo caliente donde éste es elevado y conducido por las fuerzas producidas directamente por el incendio. 2. Zona de Humo Frío: aquellas zonas del edificio donde se ha reducido la fuerza de las corrientes conductoras del incendio, debido a que el humo se ha combinado, o se ha transferido de alguna manera, con otros elementos. En estas zonas, el movimiento del humo se controla en primer lugar debido a otras fuerzas, tales como el viento, los efectos de la calefacción mecánica, ventilación, aire acondicionado u otros sistemas que influyen en el movimiento del aire. En estas zonas el movimiento de humo es, esencialmente, el mismo que el movimiento de cualquier otro elemento de polución. Se pasa a estudiar el movimiento del humo en la zona de humos calientes: 1. Movimiento del humo en la zona de humo caliente, del cual es necesario saber que: a. El desarrollo del Incendio: los incendios progresan exponencialmente una vez que ha transcurrido un tiempo de incubación y aparecen las llamas por primera vez, se denomina este evento ignición. A partir de ese momento entra en la fase de crecimiento caracterizado por un aumento continuo de la tasa de generación de calor hasta llegar a una tasa máxima. Luego durante un cierto tiempo (el cual depende de la cantidad de combustible disponible) se estará generando calor a una tasa aproximadamente constante para luego empezar a decaer cuando el combustible se agota. b. Los penachos: columnas de humos que se producen por encima del incendio y que consisten en el volumen por el cual el humo asciende desde el incendio hasta la capa de humos. El calor de un fuego al aire libre se eleva en forma de columna de gases calientes, denominada penacho. La corriente de aire resultante absorbe aire frío en la base del fuego, en todas direcciones. Ese aire frío es también absorbido por el penacho, por encima del suelo, debido a la masa de aire caliente que se eleva. Ese movimiento de aire frío hacia el penacho se llama arrastre y enfría la temperatura del penacho, a medida que aumenta su altura. c. Incendios en Lugares Cerrados: cuando los penachos chocan con los techos o las paredes de una habitación, afecta a la circulación de humo y gases calientes y a la propagación del 15 incendio. Los incendios con poca producción de calor y alejados de las paredes u otras superficies que los limiten se comportarán como si estuvieran al aire libre. d. Fuegos al aire libre: si no existe un techo sobre un fuego y está lejos de las paredes, los gases y el humo calientes del penacho se elevan verticalmente. Esta situación se produce en los incendios al aire libre. Las mismas condiciones se pueden dar en un edificio, en las primeras fases cuando el penacho es pequeño o si el fuego se produce en un espacio amplio con techo alto, como un hall de entrada. La propagación del fuego a partir de un penacho al aire libre será fundamentalmente mediante la combustión por radiación de los combustibles que haya cerca. La propagación del fuego se produce principalmente por radiación y convección de calor hacia los combustibles de los alrededores. La velocidad de propagación del fuego a los sólidos será generalmente baja, a no ser que esté fomentada por el movimiento del aire o por superficies inclinadas que permiten el precalentamiento del combustible. Debido a que la convección es un medio de propagación del fuego entre los combustibles, uno de los factores críticos en los desarrollos de los incendios es la composición de materiales del entorno, cuanto menor sea su resistividad a la conducción de calor mayor será la velocidad de propagación del fuego. 1.2. Introducción a los SCTEH. Las siglas SCTEH denominan a los Sistemas de Control de Temperatura y Evacuación de Humos. Este es el nombre que se le da en la norma UNE 23585 a las instalaciones de evacuación de humos que van a ser estudiadas, en este proyecto, tanto desde el punto de vista del diseño basado en la normativa como desde el del diseño basado en prestaciones mediante el uso del programa de reconocido prestigio en este campo FDS (basado en modelo de campo). Dichos Sistemas de Control de Temperatura y Evacuación de Humos se diseñan de tal forma que se realizan una serie de aberturas tanto para la evacuación de humos y los gases producto del incendio como para la entrada de aire atmosférico de reemplazo del aire de salida. Los SCTEH se han de colocar en aquellos edificios donde haya la posibilidad de que se produzca un incendio. A la hora de dimensionar las aberturas se hará para los casos de incendios más desfavorables, en los cuales se impone que se ha de garantizar una altura libre de humos. Gracias a esto se conserva el incendio en un estado parecido al de sus etapas iniciales hasta el momento en el que se pasa a la extinción. Justificación de porqué hay que controlar el humo producido por un incendio en el interior de un edificio, los objetivos, aunque obvios son los siguientes: - Protección de personas. La causa principal del número de pérdidas humanas no es sólo la invasión del humo en la zona afectada por el incendio, sino el que pueda afectar a los medios y vías de evacuación que necesitaran estar en condiciones de permitir la circulación de los ocupantes hasta un lugar suficientemente seguro. - Facilitar la intervención de los servicios de extinción. - Evitar la propagación del incendio. - Disminuir los efectos de las altas temperaturas sobre la integridad estructural de los edificios sometidos a los efectos del incendio y con ellos también aumentar la posibilidad de evacuación de los ocupantes. La potencia térmica de los gases también es la responsable de los fenómenos de flashover, rollover y backdraft, y que afectan directamente a la capacidad portante de la estructura. El humo es uno de los factores más importantes a tener en cuenta tanto por su influencia en la propagación del incendio como por su composición a base de gases a altas temperaturas y con sustancias tóxicas. Por esto, es muy importante conocer y predecir el movimiento del humo en el interior del edificio. Para ello se utilizan los modelos de zona y de campo, con la idea de controlar dicho comportamiento y diseñar la instalación de tal forma que permita cumplir los objetivos antes expuestos. Introducción y Análisis Descriptivo 16 16 Ilustración 3. Diferencias edificios con/sin SCTEH. Control de altura de capa de humos Los métodos para el control del movimiento del humo se basan en: 1. La dilución: conserva la concentración del humo constante en una región ante la entrada de humo de otras regiones. Útil para casos en los cuales el volumen de humo entrante es pequeño respecto al volumen total de humo en la región. 2. La extracción: se consigue provocando una diferencia de presión en un conducto extractor mediante el uso de ventiladores. Útil para uso en regiones con mala ventilación natural. 3. La compartimentación: basado en el control del humo, confinándolo en zonas donde no afecte mucho su presencia y evacuándolo desde estas zonas al exterior. Lo más fácil es mantener el humo en el área donde está presente el incendio y evitar su propagación a las zonas adyacentes con el uso de las llamadas cortinas de humos, exutorios o la generación de una diferencia de presiones que evite la salida del humo de dicha región. Los elementos que se utilizan en un SCTEH son: De salida, que pueden ser: - Natural: gracias a la diferencia de densidades de los gases calientes con el aire atmosférico que permite el flujo del humo en dirección ascendente de tal forma que la evacuación de humos es no forzada. Para esta evacuación se usan aperturas en la parte superior de las regiones afectadas que son llamadas exutorios o aireadores. Se define exutorio como un dispositivo con capacidad de apertura y cierre. Otra de sus funciones fuera de la seguridad contra incendios es la ventilación del edificio de forma periódica. Según la norma UNE 23585 en su apartado 7.1., la activación de un SCTEH puede ser de apertura automática o manual, según sus condiciones de funcionamiento. En el caso en estudio será de 23 2.Necesidad de SCTEH según RSCIEI 24 24 2.NECESIDAD DE SCTEH SEGÚN RSCIEI 2.1. Estudio según el RSCIEI l Real Decreto 2267/2004, de 3 de diciembre, por el que se aprueba el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales, tiene por objetivo alcanzar un nivel de seguridad suficiente en caso de incendio en los establecimientos e instalaciones de uso industrial. Al aumentar la seguridad, se consigue disminuir el impacto en daños y pérdidas tanto para las personas como para los bienes materiales (que también afectan a su entorno) producido por un incendio. El caso que ocupa la Nave Industrial estudiada entra dentro del ámbito de aplicación del RSCIEI según el Art. 2 punto 1 del capítulo I debido a que se trata de un almacenamiento industrial. Para determinar cuáles son las condiciones y requisitos que es necesario satisfacer, en función de la configuración, relación con su entorno y nivel de riesgo intrínseco, se acude al anexo I. El establecimiento industrial estudiado presenta una configuración de ubicación TIPO C puesto que está ocupando totalmente un edificio, el cual se sabe que está compuesto por la nave de almacenamiento estudiada, un muelle de carga y descarga, una zona de oficinas, un almacén de producto sin embalar, una zona de proceso de embotellado del producto, laboratorios y, por último, una sala de depósitos. Dicho establecimiento se encuentra separado de edificios ajenos. La nave-almacén estudiada se encuentra colindando con la zona de embotellamiento, los laboratorios, el almacén de producto sin embalar y el muelle de carga y descarga. Según el punto 3.1. del anexo I, se denominará (de ahora en adelante) como sector o área de incendio de un edificio a un espacio delimitado por elementos que tienen una resistencia al fuego suficiente durante un tiempo determinado para cada caso. Habiendo determinado el almacén que se va a estudiar como un sector de incendios, se pasa a evaluar su nivel de riesgo intrínseco, según el punto 3.2 del anexo I. Se ha de utilizar la fórmula: 𝑄𝑠=∑𝑞𝑣𝑖𝐶𝑖ℎ𝑖𝑠𝑖 𝑖1𝐴· 𝑅𝑎 [𝑀𝐽 𝑚2] ó [𝑀𝑐𝑎𝑙 𝑚2] siendo: 𝑄𝑠 = densidad de carga de fuego, ponderada y corregida, del sector o área de incendio, en MJ/m2 o Mcal/m2. 𝐶𝑖 = coeficiente adimensional que pondera el grado de peligrosidad (por la combustibilidad) de cada uno de los combustibles (i) que existen en el sector de incendio. 𝑅𝑎 = poder calorífico, en MJ/kg o Mcal/kg, de cada uno de los combustibles (i) que existen en el sector de incendio. A = superficie construida del sector de incendio o superficie ocupada del área de incendio, en m2. 𝑞𝑣𝑖 = carga de fuego, aportada por cada m3 de cada zona con diferente tipo de almacenamiento (i) existente en el sector de incendio, en MJ/m3 o Mcal/m3. Puede obtenerse de la tabla 1.2. ℎ𝑖 = altura del almacenamiento de cada uno de los combustibles, (i), en m. E 25 𝑠𝑖 = superficie ocupada en planta por cada zona con diferente tipo de almacenamiento (i) existente en el sector de incendio en m2. Definiendo los combustibles que se encuentran en el almacén como licores con gradación mayor a 20% de alcohol en volumen y de tipo espirituoso. Para obtener el 𝐶𝑖 se debe acudir a la norma ITC MIE-APQ1 y ver a que clasificación pertenece dicho líquido. Se obtiene que Ci = 1.3, qvi = 800 MJ/m2, hi = 6.5 m, Ra = 1.5, si = 561 m2 y A = 1580.86 m2 Y, por lo tanto, se tiene que la densidad de carga de fuego es: 𝑄𝑠=∑𝑞𝑣𝑖𝐶𝑖ℎ𝑖𝑠𝑖 𝑖1𝐴· 𝑅𝑎=800·1.3·6.5·1.5·561 1580.86 =3598.38 𝑀𝐽 𝑚2 Este valor, según la tabla 1.3. del Anexo I, implica que, para una configuración del tipo C, el Nivel de Riesgo Intrínseco es Alto 6. Con este valor de NRI y sabiendo la superficie ocupada por la nave de almacenamiento, se comprueba si cumple los requisitos impuestos por el RSCIEI en el Anexo II en la tabla 2.1. Se comprueba que, para dichos parámetros propios de la nave, el área máxima es de 3000 m2 y teniendo en cuenta la nota (3), que indica que en el caso de haber rociadores la superficie será de 6000 m2. Que en cualquier caso cumpliría sin necesidad de la instalación de rociadores, lo que conlleva que es válida la suposición inicial de un solo sector de incendio en toda la nave de almacenamiento. 2.2. Necesidad de SCTEH. Dependiendo de la configuración y geometría del establecimiento estudiado se determinará si es necesario o no la incorporación de una instalación de Control de Temperatura y Evacuación de Incendios. En el punto 7 del RSCIEI que versa sobre la “ventilación y eliminación de humos y gases de la combustión en los edificios industriales”. Para las zonas de incendio en almacenamientos, se establece la necesidad de SCTEH para cuando dichas zonas de incendio sean mayores que 800 m2 para el caso de NRI alto. Como es obvio, el caso estudiado en este proyecto supera este límite de superficie impuesto, por lo que, se necesita un SCTEH. Como se ha visto la necesidad de instalar un SCTEH en este establecimiento, se pasa ahora a diseñar y dimensionar dicho sistema. 3. Sistema de Control de Temperatura y Evacuación de Humos 26 26 3. SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA Y EVACUACIÓN DE HUMOS La instalación del sistema de control de temperatura y evacuación de humos se va a realizar tras haber realizado un intenso trabajo de formación sobre el tema y bajo el conocimiento del comportamiento del humo. Se ha puesto como requisito inicial que sea un sistema de extracción natural siempre que se cumplan las condiciones para ello, como el en caso estudiado, el establecimiento posee un porcentaje de perímetro de fachada al exterior superior al 50%, por lo tanto, se puede realizar una extracción natural. Como conclusión, queda definido que los sistemas se basarán en la extracción natural. 3.1. Datos. Se tomará: Tamb = 20ºC, Cp = 1.004 kJ/kg, ρamb = 1.2 kg/m2 y g = 9.81 m/s2 Recordando que se dispone de una instalación de rociadores con una Tdisparo = 93ºC 3.2. Geometría de la nave. Se introducen las dimensiones de la nave, incluyendo ancho, largo y alturas máximas y mínimas. También es necesario saber el nº de depósitos de humos en los que se va a dividir el sector de incendio estudiado. Dichos parámetros son: Longitud de la nave: L = 66.24 m Ancho de la nave: W = 24.54 m Altura máxima de la nave (en la pared bajo la cumbrera): Hmax = 10.78 m Altura mínima de la nave (en la pared izquierda): Hmin = 9.32 m Se ha decidido que toda la nave esté compuesta por dos depósitos de humos cada uno de ellos comprende un área de aproximadamente 900 m2. Con un largo de 37.7 m y ancho de 24.5 m. Se obtiene con lo anterior que el área ocupada total de la nave es Anave = 1788.2 m2. Como se puede observar en la norma UNE 23585 concretamente en el apartado 6.6.2.6. se establece que el área máxima de un depósito de humos es de 2000 m2 para el caso de aireación natural. Así también, en el apartado 6.6.2.8. se impone la restricción de un largo en el eje mayor de la nave de 60 m. Como se puede ver, la primera condición se cumple (el área de la nave es de 1788.2 m2) pero la segunda no se cumple, puesto que el largo de la nave es de 75.32 m. Debido a esto se ha decidido dividir la nave en dos depósitos de humos. La situación de cada uno de ellos en el plano de la nave se detalla en el plano adjunto 27 Ilustración 6. Depósitos de humos y cortina de humos. Ilustración 7. Vista cenital exterior. 3. Sistema de Control de Temperatura y Evacuación de Humos 28 28 Ilustración 8. Sección vertical longitudinal con estanterías. Ilustración 9. Sección Transversal con estanterías. Ilustración 10. Funcionamiento de los dos depósitos de humos 29 3.3. Altura libre de humos (Y) Se empieza a trabajar a partir de la suposición de una altura mínima de la capa de humos, es decir, se impone una altura libre de humos en función de las características de la nave de almacenamiento y su contenido. La altura libre de humos está definida como la altura desde la base del incendio a la capa de humos y depende de varios factores. Según el apartado 6.2.2. de la UNE 23585, la altura libre de humos mínima es de 2.5 m sobre el suelo para el caso de zonas de alta densidad de ocupación de personas, donde la evacuación es crítica. Éste no es el caso, sin embargo, se deberá asegurar una altura libre de humos hasta 0.5 m por encima de la carga almacenada, lo que significa que la capa de humos deberá tener como cota mínima una altura de 7.5 m medida desde el nivel suelo de la nave. Se decide fijar esta altura como la altura mínima de humos. Según la geometría de la nave, está provista de una estructura con vigas espaciadas entre ellas una distancia de 9 m aproximadamente. Cada viga tiene una sección de 1.2 m de ancho. Como la altura máxima del suelo a la cubierta es de 9.32 m en una fachada y de 10.78 m en la opuesta, la altura del punto más bajo de las vigas es de 8.12 m en una fachada y de 9.58 m en la opuesta. La altura mínima de la capa de humos es de 7.5m, por lo que las vigas no actúan como barreras ante el humo en el caso de altura libre de humos mínima. Se va a aprovechar la viga perteneciente al pórtico 5 como parte de la barrera de separación entre los depósitos de humos que se pretenden generar en la nave. Para ello se realiza un cegado del espacio que permite el paso del humo entre el ala superior de la viga y la superficie inferior de la cubierta de la nave y se dotará de una cortina contra el fuego de tal forma que cuelgue hasta una altura inferior a 7.5 m. dicha cortina, que se ha decidido que cuelgue hasta una altura de 7 metros, junto con la viga de hormigón, de canto 1.2 metros, y los elementos cegadores comprenden la barrera ante el movimiento del humo entre los dos depósitos de humos. Ilustración 11. Vista en detalle de cortina de humos y sellado de huecos entre cerchas y cubierta. Gracias a la presencia de un depósito de humos contiguo al otro se puede determinar que el aire de aporte necesario en el sector afectado por el incendio vendrá cedido por el otro sector, el cual a su vez toma aire del exterior a través de sus exutorios gracias al flujo natural generado por el movimiento del humo caliente que sale por los exutorios de su sector creando una baja presión en la nave. Según UNE 23585: “Cuando el incendio está directamente debajo del depósito de humos, la superficie máxima de cualquier depósito de humos debe ser de 2000 𝑚2si se han adoptado aireadores naturales de extracción de humos o, 3. Sistema de Control de Temperatura y Evacuación de Humos 30 30 2600 𝑚2si se adoptan aireadores mecánicos de extracción de humos”. Se comprueba que el sector de incendios definido con anterioridad esté compuesto por dos depósitos de humos. 3.4. Modelo de incendio En la UNE 23585 apartado 6.2.1. se imponen los requisitos. Es de utilidad la tabla 2 para el cálculo del modelo de incendio. Recordando que se tienen rociadores de techo: Tabla 2. Determinación de los parámetros del modelo de incendio Siendo h = 6.5 m, w = 2.4 m, Y = 7.5 m y, entonces, x = 0.18 · 7 m: - Área de incendio: 𝐴𝑓=34.16 𝑚2 - Perímetro del incendio: 𝑃 =14.88 𝑚 - Flujo de calor liberado: 𝑞𝑓(𝑏𝑎𝑗𝑜)=250 𝑘𝑊 𝑚2 ⁄; 𝑞𝑓(𝑎𝑙𝑡𝑜)=625 𝑘𝑊 𝑚2 ⁄ Debiéndose tomar el valor 𝑞𝑓(𝑏𝑎𝑗𝑜) para cuando se realice el calculo de Av que es la superficie aerodinámica de descarga, y para comprobar que la temperatura de la capa de humos es al menos 20ºC mayor que la temperatura del ambiente. El valor alto del flujo de calor liberado se usará para cálculos de dimensionamiento del aislamiento térmico según se explica en la norma UNE 23585 al final del apartado 6.1.2. “Requisitos”. 31 3.5. Cálculo de la superficie aerodinámica de evacuación de humos: Se pueden consultar los cálculos realizados en el Anexo I. Como resultado se obtiene que el área de salida de humos en cada uno de los depositos contenidos entre vigas es el siguiente: Av·CV≅ 6.045 𝑚2 La separación libre entre viguetas de la cubierta es de 1.8 metros, por ello, la anchura máxima de los exutorios será de 1.8m. Con los resultados de estos cálculos obtenidos, se puede llevar a cabo el diseño del sistema de exutorios, su ubicación y dimensiones. Ilustración 12. Ubicación de los exutorios. 3. Sistema de Control de Temperatura y Evacuación de Humos 32 32 3.6. Selección de los aireadores: Para ello, se analizan a continuación las características que deberá cumplir el exutorio a instalar en la fábrica teniendo en cuenta la norma UNE 12101-2. Ante distintas acciones externas, el aireador debe abrirse y quedar fijo (hasta que se devuelva a su posición inicial) en la posición abierta de incendio, que debe alcanzarse como máximo 60 segundos después de la señal de activación y sin que se produzca ningún daño. El significado y los valores de los parámetros que define la norma UNE 12101-2 relativos a los aireadores son los que siguen: Confiabilidad. El parámetro Re se refiere al número de veces en que el mecanismo de apertura se ha abierto y cerrado en vacío. El exutorio por instalar tendrá al menos un Re-1000. Carga de nieve. El parámetro SL se refiere a la carga de nieve expresada en pascales aplicada sobre el aireador que éste es capaz de soportar. Para el exutorio a instalar en el área estudiada, éste cumplirá como mínimo con SL 250. Baja temperatura ambiente. El parámetro T (-25) se refiere al número de grados centígrados (ºC) bajo cero a los que el aireador ha sido sometido a ensayo. El exutorio por instalar cumplirá al menos con T (-25). Carga de viento. El parámetro WL se refiere a la carga de aspiración del viento, expresada en pascales, aplicada en ensayos llevados a cabo sobre el exutorio. Para el exutorio a instalar en el área estudiada, éste cumplirá como mínimo con WL 1500. Resistencia al calor. El parámetro B se refiere a la temperatura (en ºC) a la que el aireador es sometido a ensayo. En el caso del exutorio a instalar, éste cumplirá con B300 como mínimo. Teniendo en cuenta las especificaciones anteriores, se decide utilizar el modelo 180-13 del exutorio tipo EURA, cuya descripción es: “Un aireador de lamas practicables destinado principalmente a garantizar la evacuación de grandes volúmenes de humo y aire caliente de manera natural. Sus diferentes pestañas de adaptación le permiten instalarse indistintamente en fachadas sobre cualquier tipo de cerramiento vertical, como en cubiertas de cualquier tipo y composición. El Eura está certificado como un elemento único de seguridad anticaídas desde cubierta y está disponible en distintos tipos de lamas y materiales translucidos que le permiten complementar el aporte de luz natural. Este exutorio de lamas funciona como un eficaz sistema de evacuación de humos destacando además por su favorable relación calidad/precio/rendimiento”. Sus campos de aplicación: naves industriales, centros comerciales, integración en lucernarios. Por lo tanto, es ideal para el caso estudiado. En cuanto al material que lo conforma es Aluminio duro, AlMg3, resistente al agua de mar y anticorrosivo. Con casquillos de Nylon. Accionamientos neumáticos y eléctricos. El Eura igualmente puede ser equipado con bastidores aislados térmicamente y con mallas anti pájaros. Recordando que entre cada una de las vigas que sustentan la cubierta se crea un volumen que podemos considerar como una subdeposito. En la nave, hay un total de 8 subdepósitos, cuatro por depósitos de humos. Estos llamados subdepósitos, no son completamente estancos ya que el paso del aire, y del humo en el caso de estudio, es posible a través de los huecos que hay entre las cerchas y la cubierta y bajo la viga puesto que el canto de esta es de 1.2 metros y, por lo tanto, el humo puede fluir por debajo sin necesidad de traspasar la frontera impuesta por la altura mínima de humos. 39 Simulaciones con FDS 40 40 4. SIMULACIONES CON FDS Previamente a las simulaciones realizadas con el caso de estudio, hubo que aprender a manejar y programar el software FDS. El estudio de FDS se llevo a cabo gracias a la guía de usuario de este software 1 y que se encuentra explicada en el Anexo II de esta memoria. En paralelo a este aprendizaje teórico se ha ido comprobando y comprendiendo los conceptos gracias a los ejemplos que FDS facilita. En concreto, se han utilizado principalmente los ejemplos que tenían mayor similitud con el caso de estudio. Por ejemplo, el modelo de incendio utilizado es el modelo simple, entonces, tras aprender cuales son los parámetros que requiere dicho modelo, sus salidas, sus ventajas e inconvenientes, se ha pasado a simular con un par de ejemplos facilitados por FDS (que representaban pequeños incendios generados mediante este modelo simplificado); tras entender el modelo simple de incendio se ha podido generar el código que simulase el incendio en el caso de estudio. En resumen, se ha utilizado la guía de usuario para aprender los conceptos de forma teórica y los ejemplos han servido para poder aplicar de forma práctica lo aprendido anteriormente para posteriormente ser capaz de programar los escenarios deseados. Este apartado se centra en comentar cómo se han estudiado, obtenido e introducido los parámetros necesarios pedidos por el programa, así como la influencia de los distintos parámetros de entrada en los resultados obtenidos y la sensibilidad del modelo a los diferentes parámetros y variables. 4.1. Código general: El camino seguido para la simulación de los escenarios se basa en un modelo general, que se describe a continuación, que derivará en 4 escenarios diferentes en los cuales se observan distintas situaciones que se han pensado son significativas, realistas y, por lo tanto, dignas de estudio. Para una mejor comprensión de las simulaciones realizadas se ha decidido explicar el proceso de escritura del código de FDS a continuación. Los apartados de dicho código en los cuales se reflejan las diferencias entre los distintos escenarios serán explicados posteriormente en los puntos de esta memoria denominados como ESCENARIO 1, ESCENARIO 2, ESCENARIO 3 y ESCENARIO 4. Las diferencias entre dichos escenarios radican en la presencia o no de rociadores en la nave estudiada y en el valor de la generación de calor característica del incendio (en un caso será de 250 kW/m2 y en otro de 1250 kW/m2). Por último, se estudian dos casos, el primero de ellos es idéntico al escenario 3 pero con una variación en el valor del factor de conversión del humo (SOOT_YIELD) y en el factor de conversión de CO (CO_YIELD), que será denominado como escenario 5; mientras que el segundo es también idéntico al escenario 3 pero con la variación de las condiciones ambientales (temperatura del ambiente y humedad). El camino seguido para la escritura del código es el recomendado en la guía de usuario, que aconseja que al iniciar una nueva simulación se parta de un archivo de entrada que se asemeje al caso. Dichos archivos de entrada se encuentran en la carpeta de archivos de ejemplos que vienen adjuntos al programa FDS cuando se realiza la 1 Y con el apoyo de los blogs de internet en los que los usuarios del software exponen y solucionan sus dudas y cuestiones relacionadas con el programa FDS. 41 descarga. La idea es tomar dichos archivos de ejemplo, aprender su funcionamiento e ir modificando el código para que se adecue cada vez mejor al caso estudiado. Es mejor comenzar por un archivo relativamente simple que capture las características principales del problema sin atarse a demasiados detalles que podrían enmascarar un fallo fundamental en el cálculo. Los cálculos iniciales deben hacerse con una malla gruesa, de modo que los tiempos de ejecución sean inferiores a una hora y las correcciones puedan realizarse fácilmente sin perder demasiado tiempo. A medida que se ha ido aprendiendo a escribir archivos de entrada, se ha ido ejecutando, resolviendo, modificando y volviendo a resolver el caso de estudio a medida que se va agregando complejidad al modelo. Una vez explicado todo esto, se pasa a la explicación del código general: FDS requiere un inicio de archivo de entrada en el cual se especifique el título que se le va a dar a la simulación y una breve descripción opcional sobre ella. Para ello se introducen las líneas: &HEAD CHID='GEOM_PRUEBA', TITLE='simulación definitiva de FDS para el escenario 1'/ Tras esto, es necesario definir el dominio computacional, es decir, el volumen en el cual se va a llevar a cabo la simulación. Dicho dominio deberá contener al volumen donde se va a desarrollar el incendio y a su entorno afectado; por ello, se decide incluir dentro del dominio computacional a todo el almacén, además, se ha ampliado el dominio computacional un par de metros por cada una de las fachadas y la cubierta de la nave, para así no crear conflictos en las zonas de salida de humos y entradas de aire 2 . Así mismo, se ha de definir la resolución de dicho dominio, esto es, el número de celdas que componen dicho dominio computacional y en las cuales se han de calcular todos y cada uno de los parámetros estudiados en cada uno de los instantes de tiempo que van a ser definidos. Para un dominio computacional de 80x30x15, tomando la fórmula propuesta en la guía de usuario de FDS, una buena resolución de malla sería la que cumpliera una buena relación entre el diámetro de fuego característico y el tamaño nominal de la celda. Siendo el diámetro nominal característico del fuego el siguiente: 𝐷∗=[ 𝑄 𝜌∞·𝐶𝑝·𝑇∞·√𝑔]2 5≅6𝑚 Y el tamaño nominal de celda es de 0.5 m, lo cual indica que la relación es de 12. Dicho valor de la relación es muy bueno según se indica en la Guía de validación de FDS. La cual recomiendo que dicho valor sea mayor a 4 y considera un valor de entre 10 y 15 como óptimo. &MESH IJK=160.,60.,30., XB=0.0,80.,0.0,30.,0.0,15/ El siguiente parámetro a introducir en FDS es el tiempo de simulación. En el caso de querer definir la geometría y el dominio computacional y comprobar que está todo bien, se toma un tiempo de simulación de 0 segundos, gracias a esto FDS se ejecutará rápidamente y se podrá comprobar de manera ágil si la definición de la geometría y la malla es correcta. El tiempo de simulación va a depender principalmente del tiempo de desarrollo del incendio, en el caso que se estudia, el tiempo de desarrollo del incendio es relativamente corto puesto que únicamente se contempla una rampa de crecimiento del HRR hasta su valor máximo, a partir del cual, tras un determinado tiempo, se obtendrá un estado estacionario del incendio. En el caso de simular utilizando el modelo de pirólisis 3 , se debería saber que el tiempo de desarrollo del incendio es mucho mayor puesto que no llegaría a un estado estacionario tan rápidamente como en el modelo simplificado que se usa en este caso. En el caso de la simulación de los escenarios previstos, se ha decidido tomar un tiempo de 600 segundos, ya que es el tiempo en el que se observa el desarrollo del incendio y se pueden obtener los parámetros de forma bastante realista. También se ha definido el paso de la simulación, es decir, el intervalo de tiempo entre los cuales va tomando los valores de la simulación en cada uno de los puntos de la malla. El paso de la simulación es un valor 2 Los conflictos se pueden crear en las zonas de salida de humos o entrada de aire en el dominio, por ello, se recomienda que dichas zonas no coincidan con las áreas de salida y entrada de flujo de particulas en el entorno del incendio (en el caso de estudio serían los exutorios). 3 En el modelo de pirolisis, el desarrollo del incendio se calcula automáticamente por el programa. Es decir, FDS, conociendo las propiedades de los materiales de la envolvente y habiendo dado el inicio del incendio (chispa inicial), mediante las ecuaciones relacionadas con la pirólisis simula el desarrollo del incendio. Simulaciones con FDS 42 42 que afectará bastante al tiempo de cálculo del programa, puesto que determina cada cuanto tiempo se han de calcular todos los parámetros en todos los puntos de la malla. &TIME T_END=600, DT=0.6/ Otros de los parámetros a definir son los recogidos en la namelist MISC, es decir, aquellos parámetros que se pueden considerar como misceláneos o, lo que es lo mismo, los parámetros que no pueden ser agrupados de forma lógica en ninguna otra namelist. Los parámetros relacionados con el ambiente que se han decidido tomar son los más críticos para el desarrollo del incendio. &MISC TMPA=45., HUMIDITY=50., P_INF=101440. / Una vez definidas todas las variables iniciales, se pasa a la definición del fuego. Se ha de señalar que el modelo de incendio tomado es el calculado gracias a la norma EN 23585 en el apartado 6.2.1., podemos encontrar dicho calculo en el apartado 3.4. de esta memoria. FDS es un software cuya potencia se basa en la simulación real del comportamiento de un fuego, desde su inicio en un punto infinitesimal, pasando por su crecimiento y expansión por los distintos materiales de la envolvente y llegando hasta su extinción (que puede ser debida a causas externas, como es el caso de la actuación de las instalaciones y los servicios de extinción; o debida a causas internas, agotamiento del combustible.). Al introducir el modelo de incendio en FDS se ha usado el método simple de modelado del fuego, para el uso del modelo complejo de incendio es necesario un conocimiento muy avanzado tanto del software como del incendio en si y los parámetros relacionados con él. El modelo ideal para realizar una simulación realista es el modelo basado en la pirólisis, dicho modelo es un modelo complejo de programar en FDS, en este trabajo no se entra a estudiar dicho modelo. Una de las posibles líneas de continuación de este trabajo se basa en el estudio del modelado del incendio mediante el modelo de pirólisis, en el cual, el incendio se inicia debido a una chispa puntual e infinitesimal en un punto determinado y pasa a evolucionar siguiendo el modelo de supresión de FDS y el incendio se extiende mediante la pirolisis de los materiales. Como limitación principal, en el modelo simple se impone que el incendio venga definido como una superficie (circular en el caso de estudio) a través de la cual pasa un flujo de calor generado por unidad de área cuyo valor es función del tiempo. Esto es un inconveniente, puesto que la acción de los rociadores (en los escenarios que cuenten con ellos) sólo afectará al incendio provocando una disminución del calor y una alteración del flujo de humos y aire caliente al ser introducirse en el dominio computacional las gotas liberadas por estos dispositivos, es decir, no poseen la capacidad de extinción del fuego en la simulación realizada. En el apartado 3.4. de esta memoria se genera un modelo de incendio con un área de 34.16 m2 y un perímetro de 14.88 m, lo que es equivalente a una circunferencia de radio 3 m. El incendio se ha colocado en un punto con coordenada y = 20, coordenada z = 0 y coordenada x indiferente, debido a la forma de la geometría de la nave. En FDS se permite trabajar con variables dependientes e independientes, de tal forma que el usuario tiene la posibilidad de crear funciones de una variable independiente y una variable dependiente (RAMP) o funciones de varias variables independientes y varias variables dependientes (TABL). Hay tres parámetros de FDS que generan funciones de una variable independiente y una dependiente; una de ellas es TAU_Q que indica el momento (en segundos) en el cual el HRRPUA llega a su valor impuesto por el usuario. Antes de dicho instante, el HRRPUA será una función creciente de tipo parabólico en el caso que TAU_Q dado sea un valor negativo y una función de tangente hiperbólica en caso de ser positivo. El cálculo del valor de TAU_Q (tanto para el caso de 250 kW/m2 como para el caso de 1250 kW/m2) se explica en cada uno de los escenarios explicados más adelante. Las líneas de código referentes al incendio son las siguientes: &SURF ID='fire', HRRPUA= (250 ó 1250)., TAU_Q=-(según se obtenga en función del HRRPUA)/ 43 &VENT XB=67.,73.,17.,23.,0.0,0.0, XYZ=70.,20.,0., RADIUS=3., COLOR='RED’, SPREAD_RATE=0.05, TRANSPARENCY=0.8, SURF_ID='fire'/ FDS También necesita como entrada la composición química del combustible que se va a quemar. En el caso de estudio se contará con los siguientes posibles combustibles: - Propileno. Componente principal del plástico filme que recubre los palés de mercancía almacenados en las estanterías. Su composición química es C3H6 - Celulosa que es el principal componente combustible del cartón y la madera. Su composición química es C6H10O5. - Alcohol etílico. Las bebidas alcohólicas almacenadas son de un porcentaje del 40% de alcohol en volumen. Su composición química es C2H6O. Conocer el combustible es muy importante puesto que, en función del combustible, los productos de combustión serán de un tipo o de otro. Concretamente, afectará de forma importante a la evaluación de la toxicidad en el entorno del incendio. La toxicidad se evalúa según la presencia de CO. Otros parámetros pedidos por FDS son la fracción de conversión de combustible a humo y a CO en la combustión, en la tabla 3 podemos encontrarlas. Tabla 7. Conversión de combustible en humo En cuanto al número de reacciones químicas que pueden introducirse en la simulación, se sabe que el modelo que usa FDS para la evolución y estudio del comportamiento del fuego es el modelo denominado como modelo de supresión, dicho modelo solo admite una reacción química. Para conseguir que FDS simule con más de una reacción se deberá indicar en el código que el modelo de supresión 4 es .FALSE., es decir, quitar el modelo de extinción 5 usado por FDS. Sin embargo, FDS necesita un modelo de extinción para funcionar, por ello, habrá que indicarle un modelo alternativo de extinción. El modelo de extinción permite a FDS determinar si en una ''celdilla'' del dominio estudiado es viable o no la combustión, esto se calcula en función de las condiciones que se den en dicha ''celdilla'': presencia de oxígeno, calor, especies y compuestos presentes en dicha celdilla... La creación de un modelo de supresión es bastante difícil, primero por lo engorroso de la programación con 4 Es el modelo de extinción que FDS utiliza por defecto, actualmente, es el único modelo que FDS tiene implantado. 5 El modelo de extinción es un conjunto de ecuaciones y leyes del comportamiento térmico y químico, así como del movimiento de las particulas del aire (contaminado o limpio), que utiliza FDS para determinar si una unidad de volumen del dominio estará ardiendo o no en un determinado momento de la simulación. Simulaciones con FDS 44 44 código de FDS y segundo por la complejidad de determinar un modelo que sea realista. De hecho, en los foros de Google que se han consultado sobre este tema, los programadores de FDS comentan la complejidad de estos modelos y recomiendan usar el modelo de 'Supresión' siempre que se pueda debido a que otros modelos es muy difícil que sean precisos y realistas. Debido a lo expuesto en los párrafos anteriores, se ha de definir una reacción química que sea lo más parecida posible a la realidad. Para ello, tras contemplar las distintas opciones posibles, se decide, tanto por simplicidad de formulación como de código, utilizar la reacción química siguiente: 𝐶3𝐻6+𝐶6𝐻10𝑂5+𝐶2𝐻6𝑂+27 2 𝑂2 + 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎𝑠→ 11𝐶𝑂2+11𝐻2𝑂+𝑖𝑚𝑝𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎𝑠 Compuesta por el propileno, la el alcohol etílico y la celulosa más las impurezas que estos tengan como reactivos y dando como productos CO2 y agua más las impurezas que provienen de los reactivos o de las reacciones de combustión no completas en las cuales se genera el CO. El CO es un producto de las reacciones de combustión que no se han podido completar de forma ideal, por culpa de la falta de oxígeno o de la carencia de algún reactivo. Dicho compuesto debe tenerse en cuenta ya que es toxico y su inhalación puede ser letal. Los valores de CO límites se comentan más adelante. Tanto para simular con la presencia de CO como con la presencia de humo en FDS, es necesario (en el modelo de incendio simple, ya que en el de pirólisis no lo será) dar los valores de las fracciones de conversión de los reactivos a CO y a humo. Básicamente dichas fracciones lo que imponen es qué porcentaje de los productos de la reacción serán humo y qué porcentaje será CO. De esta forma, lo que se pretende es simular una reacción de combustión lo más cercana a la realidad, siendo siempre conscientes de que la precisión de dicha simulación estará siempre condicionada por la precisión en la obtención de los parámetros que son facilitados al programa. Con esto se quiere hacer ver que los resultados obtenidos serán verídicos y realistas siempre que los parámetros introducidos en FDS lo sean. Se puede llegar a la conclusión, de forma particular para este caso y de forma general en todas las simulaciones, de que el modelo de incendio basado en la pirólisis es mucho más exacto puesto que garantiza que el desarrollo del incendio seguirá un comportamiento lo más realista posible. Mientras que, si se simula con otro modelo de incendio, se estarán imponiendo una serie de comportamientos que no serán cercanos a la realidad. La reacción química antes expuesta se traduce a código FDS quedando de la siguiente manera: &REAC ID='COMBUSTION', FYI='PROPYLENE+CELLULOSIC+EHILIC ALCOHOL, C_11 H_22 O_6', C=11., H=22., O = 6., CO_YIELD=0.12, SOOT_YIELD=0.015 / En la situación en la que se quiere estudiar la influencia de las fracciones de conversión de humo y de CO, los valores de estas fracciones pasarán a ser los valores menores de los distintos combustibles que van a reaccionar. Los siguientes parámetros por definir serán los que reflejan las características de la envolvente del escenario donde se desarrollará el incendio. Estos parámetros son importantes a la hora de realizar los cálculos del flujo de calor dentro del dominio computacional. Para ello se seguirá la descripción constructiva del edificio. - Las 7 vigas de 1.2 m de ancho y un espesor de 40 cm que soportan la cubierta sobre sí son de hormigón armado con una densidad de 1800 kg/m3. Por lo tanto, el valor de su conductividad térmica es de 1.12 W/(m·K) y el calor específico tiene un valor de 1000 J/(kg·K) - Las paredes del edificio están compuestas por un panel sándwich de hormigón con aligeramiento. Equivale a una capa de hormigón de 20 cm de espesor de las mismas características que el definido para las vigas. - La cubierta posee una densidad de 40 kg/m3, con un espesor medio de 10 cm, su conductividad térmica es de 0.55 W/(m·K) y un calor especifico de 0.84 kJ/(kg·K). - Las puertas y portones de la nave tienen un espesor de 4 cm, con una densidad de 305 kg/m3, una conductividad de 0.53 W/(m·K) y un calor especifico de 0.88 kJ/(kg·K). 45 - Las estanterías ocupadas por la mercancía también influyen en el flujo de calor dentro del edificio. Para poder modelarlo de la forma más realista, se han tomado valores ponderados de sus componentes en función de la cantidad de ellos que haya. Por lo que los valores pedidos por FDS quedan tal y como se refleja en el código siguiente. Las líneas de código que establecen las características de la envolvente son: &MATL ID='CONCRETE', CONDUCTIVITY=1.12, SPECIFIC_HEAT=1., DENSITY=1800/ &SURF ID='CONCRETE VIGAS', MATL_ID='CONCRETE', COLOR='GRAY', BACKING='EXPOSED', THICKNESS=0.4/ define que el lado opuesto de la surf está expuesto al ambiente y tiene un grosor de 20cm &SURF ID='CONCRETE WALL', MATL_ID='CONCRETE', COLOR='GRAY', BACKING='EXPOSED', THICKNESS=0.2/ &MATL ID='CUBIERTA', CONDUCTIVITY=0.55 , SPECIFIC_HEAT=0.84, DENSITY=40/ &SURF ID='CUBIERTA1', MATL_ID='CUBIERTA', COLOR='RED', BACKING='EXPOSED', THICKNESS=0.1/ &MATL ID='PUERTAS METALICAS', CONDUCTIVITY=0.53 , SPECIFIC_HEAT=0.88, DENSITY=305/ &SURF ID='PUERTAS', MATL_ID='PUERTAS METALICAS', COLOR='ORANGE RED', BACKING='EXPOSED', THICKNESS=0.04/ &MATL ID='VIDRIO', CONDUCTIVITY=1 , SPECIFIC_HEAT=0.78, DENSITY=2500/ &SURF ID='VIDRIO EXUTORIO', MATL_ID='VIDRIO', COLOR='BLUE',TRANSPARENCY=0.5, BACKING='EXPOSED', THICKNESS=0.04/ **Estantes y cajas. Hay q meterle varias capas: cartón, vidrio, alcohol. &MATL ID='CAJAS', CONDUCTIVITY=0.69 , SPECIFIC_HEAT=0.84, DENSITY=2000/ se han tomado los valores de los ladrillos dados en ejemplos de FDS &SURF ID='CAJAS DE MERCANCIA', MATL_ID='CAJAS', COLOR='MAROON', BACKING='EXPOSED', THICKNESS=0.5/ Mediante el uso de la namelist VENT, se va a imponer seguidamente que FDS ‘abra’ el dominio computacional, es decir, que considere que, más allá de los límites del dominio computacional, los parámetros y las variables físicas del modelo son las ambientales. Por defecto FDS considera que los límites del dominio computacional tienen el efecto de un objeto que aísla al dominio de su exterior. Esta apertura del dominio es necesaria puesto que así se podrá simular como si el edificio estuviera abierto al exterior y no metido dentro de una ‘caja de zapatos’. Con las siguientes líneas de código se impone la apertura al exterior: &VENT MB='XMAX', SURF_ID='OPEN' / &VENT MB='ZMAX', SURF_ID='OPEN' / &VENT MB='YMAX', SURF_ID='OPEN' / &VENT MB='XMIN', SURF_ID='OPEN' / &VENT MB='YMIN', SURF_ID='OPEN' / Las siguientes líneas de código del archivo de entrada generarán la geometría de la nave. Tal y como se explica en el anexo sobre el uso de FDS, este software trabaja en la definición de objetos usando un sexteto de coordenadas, las cuales definen un paralelepípedo que constituye el objeto a definir. Debido a esto, para poder modelar la geometría de la nave estudiada de forma correcta, se ha de estudiar primero cómo traducirla al ‘’lenguaje’’ de FDS. Para ello, se dividen cada uno de los componentes constructivos de la nave en Simulaciones con FDS 46 46 paralelepípedos. Se ha de señalar que el componente que mayor dificultad ha generado su definición en FDS es la cubierta ya que, al poseer pendiente, se ha tenido que modelar como una sucesión escalonada de paralelepípedos con espesor de 10 cm. Para la definición de los agujeros o huecos que representan los exutorios y las puertas, se utilizará de igual manera FDS para definir las dimensiones de dichos agujeros. Con el objetivo de minimizar el número de líneas de códigos en el archivo de entrada en FDS, éste permite el uso de multiplicadores que permiten que, partiendo de un objeto original, se pueda hacer un desarrollo de éste copiándolo colocándolo en diferentes posiciones y con variaciones de sus coordenadas. &OBST XB=2.5,2.7,3.,30.,0.0,9.5, SURF_ID='CONCRETE WALL', COLOR='GRAY'/ Pared fachada transversal 1. Hasta el final del dominio xq simula la pared contigua &OBST XB=77.4,77.6,3.,30.,0.0,9.5, SURF_ID='CONCRETE WALL', COLOR='GRAY'/ Pared fachada transversal 2. IDEM &OBST XB=2.7,77.4,3.,3.2,0.0,9.6, SURF_ID='CONCRETE WALL', COLOR='GRAY'/ Pared fach longit baja &OBST XB=2.5,77.6,28.,28.2,0.0,11.1, SURF_ID='CONCRETE WALL', COLOR='GRAY'/ Pared fach longit alta &OBST XB=0.0,80.,0.0,30.,-0.1,0.0, SURF_ID='CONCRETE VIGAS'/ representa el suelo que es de hormigon y tiene un espesor de 40 cm. &MULT ID='Cubierta', DXB=0.0,0.0,1.7,1.7,0.1,0.1, N_LOWER=0, N_UPPER=15/ &MULT ID='Laterales',DXB=0.0,0.0,1.7,1.7,0.0,0.1, N_LOWER=0, N_UPPER=15/ &MULT ID='Exutorios',DX=9.3,DY=10, I_LOWER=0, I_UPPER=7, J_LOWER=0, J_UPPER=1/ ** &OBST XB=2.5,77.6,3,4.66,9.6,9.8, MULT_ID='Cubierta',COLOR='RED' / cubierta debería hacerse con 15 paralelep escalonados y reduciendo la vorticidad. &OBST XB=2.5,2.7,3,4.66,9.5,9.6, MULT_ID='Laterales', SURF_ID='CONCRETE WALL', COLOR='GRAY'/Paredes laterales bajo cubierta &OBST XB=77.4,77.6,3,4.66,9.5,9.6, MULT_ID='Laterales', SURF_ID='CONCRETE WALL', COLOR='GRAY'/idem &HOLE XB=6.7,9.62,12.6,14.4,9.5,11.5, TRANSPARENCY=0.5, MULT_ID='Exutorios', COLOR='BLUE', DEVC_ID='timer1'/ Se hace con I_UPPER y J_UPPER... ya q no se replica igual en ambas direcciones **las puertas tb se definen como HOLEs &MULT ID='Portones', DXB=0.0,0.0,4.6,4.6,0.0,0.0, N_LOWER=0, N_UPPER=3/ &MULT ID='Puertas', DXB=19.8,19.8,0.0,0.0,0.0,0.0, N_LOWER=0, N_UPPER=2/ 19.8 es la separacion media * &HOLE XB=77.35,77.65,4.45,7.25,0.0,3.25, MULT_ID='Portones', COLOR='ORANGE RED', DEVC_ID='timer2'/ 47 &HOLE XB=6.9,7.8,2.95,3.25,0.0,2.1, MULT_ID='Puertas', COLOR='ORANGE RED', DEVC_ID='timer2'/ &HOLE XB=77.35,77.65,22.85,23.75,0.0,2.1, COLOR='ORANGE RED', DEVC_ID='timer2'/ puerta unica en la fachada transv 2 &HOLE XB=2.45,2.75,23.54,26.85,0.0,4.75, COLOR='ORANGE RED', DEVC_ID='timer2'/ porton unico en la fachada transv 1 **Las vigas y la cortina de humos tb se definen con MULT &MULT ID='Vigas', DXB=0.0,0.0,1.7,1.7,0.1,0.1, N_LOWER=0, N_UPPER=14/hay q tener en cuenta todo el recorrido de la viga &MULT ID='Cortina', DXB=0.0,0.0,1.7,1.7,0.0,0.1, N_LOWER=0, N_UPPER=14/ * &OBST XB=12.4,12.8,3,4.66,8.1,9.5, MULT_ID='Vigas', SURF_ID='CONCRETE WALL', COLOR='SLATE GRAY'/cada una de sus posic en x se calculan a mano &OBST XB=21.8,22.2,3,4.66,8.1,9.5, MULT_ID='Vigas', SURF_ID='CONCRETE WALL', COLOR='SLATE GRAY'/ &OBST XB=31.3,31.7,3,4.66,8.1,9.5, MULT_ID='Vigas', SURF_ID='CONCRETE WALL', COLOR='SLATE GRAY'/ &OBST XB=40.7,41.1,3,4.66,8.1,9.6, MULT_ID='Vigas', SURF_ID='CONCRETE WALL', COLOR='SLATE GRAY'/ Esta viga llega hasta la cubierta. puesto q debe haber division entre dep de humos &OBST XB=50.2,50.6,3,4.66,8.1,9.5, MULT_ID='Vigas', SURF_ID='CONCRETE WALL', COLOR='SLATE GRAY'/ &OBST XB=59.6,60,3,4.66,8.1,9.5, MULT_ID='Vigas', SURF_ID='CONCRETE WALL', COLOR='SLATE GRAY'/ &OBST XB=69,69.4,3,4.66,8.1,9.5, MULT_ID='Vigas', SURF_ID='CONCRETE WALL', COLOR='SLATE GRAY'/ &OBST XB=40.8,41,3,4.66,7.2,8.1, MULT_ID='Cortina', COLOR='TURQUOISE'/ de 20cm de grosor **Pasamos a definir las estanterias geometricamente. &MULT ID='Estanterias', DX=2.8, DY=5.5, DZ=1.84, I_LOWER=0, I_UPPER=22, J_LOWER=0, J_UPPER=3, K_LOWER=0, K_UPPER=3/ &OBST XB=3.15,5.75,4,5.2,0.0,1.5, MULT_ID='Estanterias', COLOR='MAROON'/ &OBST XB=3.15,5.75,8.2,9.4,0.0,1.5, MULT_ID='Estanterias', COLOR='MAROON'/ Los rociadores se han modelado siguiendo los parámetros pedidos por FDS que se han podido obtener de los manuales de fabricante. Como se expone en el apartado 1.3. los rociadores utilizados son de tipo ESFR concretamente los del tipo K-25. Esto se traduce en las siguientes características: - Un K=320m con caudal de 707 L/min. - Presión de 4.88 bar. - RTI=26m*s ½. - Los cálculos de C y la curva de descarga se han de realizar siguiendo 6 mediante los siguientes pasos: 6 Siguiendo los pasos estblecidos en las normas NFPA 20 (Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection) y SFPE (Handbook of fire protection engineering). Simulaciones con FDS 48 48 Ilustración 22. Límites de los factores C e RTI para la orientación normal Siendo el rociador de respuesta rápida, y con el RTI dado, se pasa a tener un factor C de entre 0 y 1. Como el RTI tiene un valor de 26, entonces, el factor C tiene un valor de 1. Para calcular la curva de descarga del rociador, se ha accedido a la documentación de éste, en la cual se puede encontrar: Ilustración 23. Contornos de dispresión del agua 55 4.2.3. Temperatura en el plano z = 9: t = 35s. Mitad de la rampa de incendio t = 73s. Máximo de la rampa de incendio t = 75s. Justo antes apertura rociador 1 t = 80s. Tras apertura rociador 1 t = 150s. Estacionario 1 t = 300s. Estacionario 2 De estos planos de temperatura, la primera idea que se obtiene es la importancia de los rociadores para el control de la temperatura en la cubierta. Permite controlar la temperatura a la altura de la vigas y viguetas que sostienen la cubierta y así evita la posible pérdida de las propiedades estructurales de estos componentes constructivos de la nave 10 . 10 La temperatura a partir de la cual los componentes constructivos empiezan a perder sus características estructurales es de 200ºC. Simulaciones con FDS 56 56 4.2.4. Temperatura en el plano z = 2: El valor máximo de temperatura para la supervivencia es de 93ºC. t = 80s. Estacionario 1 t = 200s. Estacionario 2 Desde el instante t = 30s hasta el final de la simulación, la temperatura en los puntos de altura igual a 2 metros es igual a la temperatura del ambiente, salvo por los puntos que se encuentran en la vertical del incendio, es decir, los que pertenecen al penacho de humos. Estos puntos de penacho de humos tendrán una temperatura de 138 ºC de media. Junto con las conclusiones obtenidas de los planos de temperatura en x = 19m y en y = 13m, se confirma que la temperatura a nivel de 2m de altura es inferior a 50ºC, lo que da un margen más que suficiente sobre la temperatura máxima para la supervivencia. 57 4.2.5. Planos de toxicidad: Cuando la concentración de CO se mantiene sobre los 1.5 y 2% la desorientación, la pérdida de conciencia y la muerte son posibles. Por lo tanto, el valor máximo para la supervivencia que se va a tomar en el caso de estudio será de 1.5% CO en el ambiente. t = 35s. Mitad de la rampa de incendio t = 73s. Máximo de la rampa de incendio t = 120s. Tras apertura rociador t = 150s. Estacionario 1 t = 250s. Estacionario 2 t = 300s. Estacionario 3 El valor máximo de contenido de CO en el ambiente para la supervivencia es de 1.5% y se observa en los resultados mostrados por SMV que este valor es superado en torno al fuego y en la mitad del pasillo 1. Esto se debe a la caída de la capa de humos provocada por el enfriamiento de éste, con lo cual, hay que ser consciente de que, cuando vayan a entrar los servicios de extinción de incendios hay que ventilar la nave para que puedan acceder sin peligro. Simulaciones con FDS 58 58 4.2.6. Capa de humos: 1.1. Altura de la capa de humos a lo largo del tiempo. t = 35s. Mitad de la rampa de incendio t = 73s. Máximo de la rampa de incendio t = 75s. Justo antes apertura rociador t = 80s. Justo tras apertura rociador t = 100s. Tras apertura rociador t = 115s. Estacionario 1 t = 170s. Estacionario 2 t = 300s. Estacionario 3 Se observa como a lo largo del tiempo, la capa de humos va oscureciéndose hasta alcanzar el valor estacionario del incendio, en el cual la altura de humos se mantiene y parte de esta cae por el pasillo 1. La caída de humos se debe principalmente al enfriamiento provocado por la acción de los rociadores, pero se ha de tener en cuenta que este problema no refleja una situación realista puesto que los rociadores utilizados son rociadores de supresión, es decir, están diseñados para que se apague el fuego. Como los rociadores extinguen el fuego, en el momento de extinción se dejaría de generar humos y por lo tanto la capa de humos caída sería menor a la visualizada en el caso anterior, en el cual se ve que no se apaga el fuego, sino que, por el contrario, se sigue generando humos y esto provoca una caída parcial de la capa de humos. 59 1.2. Influencia de los rociadores, tiran la capa de humos abajo. t = 73s. Previo apertura rociador t = 80s. Justo tras apertura del rociador t = 100s. La capa de humos va cayendo t = 120s. Capa de humos en régimen estacionario Caída de la capa de humos en la zona del pasillo 1. Debido a la acción del rociador. Simulaciones con FDS 60 60 4.2.7. Visibilidad a 2 y a 7.5 metros de altura: La visibilidad a una altura de 2 metros es superior a los 30 metros de visión que es el rango máximo en el cual se maneja FDS. Esto se cumple salvo para los puntos en el pasillo 1 a la misma altura que el fuego, donde, como se ha podido ver en las imágenes anteriores, la capa de humos cae hasta nivel del suelo, lo cual provoca que, en dicho punto del pasillo, la visibilidad pase a ser de 20 metros. En cuanto a la visibilidad a la altura de 7.5m se han obtenido ya que así se puede observar en qué puntos la capa de humos traspasa el plano en z = 7.5m que representaría la altura mínima de humos. t = 150s. Estacionario 1. Altura de 2m t = 300s. Estacionario 2. Altura de 2m t = 150s. Estacionario 1. Altura de 7.5m t = 300s. Estacionario 2. Altura de 7.5m Como comentario se puede decir que el rociador, al disminuir la temperatura, provoca la caída de parte de los humos, éstos son humos enfriados puesto que no son apreciables en el plano de temperatura a cota 2 metros y sí que lo son en las representaciones de visibilidad y contenido de CO. 61 4.2.8. Partículas de agua: Se puede observar que con rociador la capa de humos se ve afectada. Para observar el efecto negativo de los rociadores sobre la capa de humos, se debe dejar un tiempo de estabilización del modelo, tras dicho tiempo se observa como el rociador provoca que los humos se enfríen y caigan principalmente en el primer pasillo de la nave. Esto se debe a que en el segundo pasillo es donde se encuentra el fuego, es decir, habrá un flujo ascendente de humos (penacho de humo del incendio) que se verá afectado por los rociadores, pero en el pasillo 1 no hay ningún flujo ascendente de humos forzado por la presencia del incendio; debido a esto, se provoca un flujo de aire descendente que consta de humo enfriado y agua de los rociadores. t = 85s. Recién abierto rociador t = 120s. Tras un buen rato abierto el rociador Simulaciones con FDS 62 62 4.3. Escenario 2: En este escenario se propone estudiar un incendio producido en la nave con un flujo de calor generado de 1250 kW/m2. En este caso se considerará la presencia de rociadores y su actuación siguiendo las características de estos. Hay que tener en cuenta que la instalación de los rociadores ya ha sido calculada previamente a la realización de este trabajo. La elección de las condiciones de este segundo escenario viene provocada debido a que en la norma UNE 23585, en el cálculo del modelo de incendio, se puede tomar un valor de calor generado de 250 kW/m2 o un valor de 1250 kW/m2. Dicho valor de 1250 no es de aplicación para el diseño de la nave estudiada, pero, como se pretende plantear distintos escenarios se ha escogido este valor con la intención de ver como se comportaría el sistema diseñado para valores mucho mayores a los de diseño y cuál es la influencia de estos valores. El cambio de 250 kW/m2 a 1250 kW/m2 se ve reflejado en la línea de SURF definiendo fire, de tal forma que en el escenario 2, el código del archivo de entrada es el mismo que en el escenario 1, pero con la línea SURF siguiente: &SURF ID='fire', HRRPUA=1250., TAU_Q=-163.26 / Habiéndose obtenido el valor de TAU_Q con el nuevo HRRPUA mediante los siguientes cálculos: 𝑄𝑡= 𝛼·𝑡2; El valor de 𝛼=0.0469 𝑘𝑊/𝑠2. Por lo que, despejando en la ecuación de la curva, se tiene que el valor de TAU_Q es: 𝑡2=𝑄𝑡 𝛼; 𝑡=√𝑄𝑡 𝛼 ; 𝑇𝐴𝑈_𝑄= √1250 𝑘𝑊 0.0469 𝑘𝑊/𝑠2=163.26 𝑠 ; 63 RESULTADOS Apertura de los rociadores en los siguientes instantes de tiempo: Nº Rociador Instante (segundos) 1 155 74.7 2 171 156 3 139 178.6 4 147 203 5 172 235.9 6 170 237.3 Ilustración 25. Ubicación de los rociadores. Simulaciones con FDS 64 64 4.3.1. Temperatura en el plano x = 19: t = 35s. Mitad del tiempo apertura rociador 1 t = 74s. Justo antes apertura primer rociador t = 160s. Antes rociador 2 y máximo curva incendio t = 178s. Justo antes apertura rociador 3 t = 203s. Justo antes apertura rociador 4 t = 235s. Justo antes apertura rociadores 5 y 6 t = 300s. Estacionario 1 t = 500s. Estacionario 2 71 4.4. Escenario 3: En este escenario se propone estudiar un incendio producido en la nave con un flujo de calor generado de 250 kW/m2. En este caso no se considerará la presencia de rociadores. Este cambio en las condiciones de la simulación se traduce en un archivo de entrada idéntico al generado para el escenario 1, pero omitiendo las líneas de código contenidas en el apartado de rociadores. RESULTADOS 4.4.1. Temperatura en el plano x = 19: t = 35s. Mitad de la rampa de incendio t = 73s. Máximo de la rampa de incendio t = 150s. Estacionario 1 t = 300s. Estacionario 2 Se alcanza el régimen estacionario en el segundo 150, se puede observar como sería la evolución del incendio sin la presencia de rociadores y las diferencias en las temperaturas alcanzadas en los casos con y sin rociadores. Simulaciones con FDS 72 72 4.4.2. Temperatura en el plano y = 13: t = 35s. Mitad de la rampa de incendio t = 73s. Máximo de la rampa de incendio t = 150s. Estacionario 1 t = 300s. Estacionario 2 73 4.4.3. Temperatura en el plano z = 9: t = 35s. Mitad de la rampa de incendio t = 73s. Máximo de la rampa de incendio t = 150s. Estacionario 1 t = 300s. Estacionario 2 4.4.4. Temperatura en el plano z = 2: t = 35s. Mitad curva de incendio t = 150s. Estacionario 1 Simulaciones con FDS 74 74 4.4.5. Planos de toxicidad t = 35s. Mitad de la rampa de incendio t = 150s. Estacionario 1 t = 250s. Estacionario 2 t = 300s. Estacionario 3 75 4.4.6. Capa de humos: t = 35s. Mitad de la rampa de incendio t = 73s. Máximo de la rampa de incendio t = 150s. Estacionario 1 t = 300s. Estacionario 2 4.4.7. Visibilidad a 2 y a 7.5 metros de altura: La visibilidad a una altura de 2 metros es superior a los 30 metros de visión que es el rango máximo en el cual se maneja FDS. En cuanto a la visibilidad a la altura de 7.5m se han obtenido ya que así se puede observar en qué puntos la capa de humos traspasa el plano en z = 7.5m que representaría la altura mínima de humos. t = 150s. Estacionario 1. Altura de 2m t = 300s. Estacionario 2. Altura de 2m t = 150s. Estacionario 1. Altura de 7.5m t = 300s. Estacionario 2. Altura de 7.5m Simulaciones con FDS 76 76 4.5. Escenario 4: En este escenario, por último, se toma la condición de generación de calor con un valor de 1200 kW/m2 y sin tener en cuenta la actuación de los rociadores. Dichas condiciones se traducen en el archivo de entrada con las mismas modificaciones que las realizadas en el caso de los escenarios 2 y 3. RESULTADOS 4.5.1. Temperatura en el plano x = 19: t = 82s. Mitad de la rampa de incendio t = 163s. Máximo de la rampa de incendio t = 300s. Estacionario 1 t = 500s. Estacionario 2 77 4.5.2. Temperatura en el plano y = 13: t = 82s. Mitad de la rampa de incendio t = 163s. Máximo de la rampa de incendio t = 300s. Estacionario 1 t = 500s. Estacionario 2 Simulaciones con FDS 78 78 4.5.3. Temperatura en el plano z = 9: t = 82s. Mitad de la rampa de incendio t = 163s. Máximo de la rampa de incendio t = 300s. Estacionario 1 t = 500s. Estacionario2 79 4.5.4. Temperatura en el plano z = 2: t = 82s. Mitad curva de incendio t = 300s. Estacionario 1 4.5.5. Planos de toxicidad t = 82s. Mitad de la rampa de incendio t = 163s. Punto máximo de la rampa de incendio t = 250s. Estacionario 1 t = 500s. Estacionario 2 Simulaciones con FDS 80 80 4.5.6. Capa de humos: t = 82s. Mitad de la rampa de incendio t = 163s. Máximo de la rampa de incendio t = 300s. Estacionario 1 t = 500s. Estacionario 2 87 · La caída de la capa de humos provocada por los rociadores se producirá en la realidad. Teniendo en cuenta que, a partir de cierto instante, la curva del incendio empieza a decrecer, por causa de los rociadores. Es decir, sí, los rociadores provocarán la caída de parte de la capa de humos, pero el volumen de humos fríos que descienden será mucho menor que en los resultados obtenidos de las simulaciones. Ilustración 27. Curva de evolución del fuego. Simulaciones con FDS 88 88 4.9. Conclusiones generales: 4.9.1. Entradas En resumen, los parámetros de entrada 11 de FDS que definen los distintos escenarios son: Tabla 8. Resumen Escenarios simulados. Escenarios Potencia Calorífica generada. [kW/h] Fracción de Conversión de Humos Fracción de Conversión de CO Tª y humedad ambiental [ºC], [%] 1 250 0.015 0.12 45, 20 2 1250 0.015 0.12 45, 20 3 250 0.015 0.12 45, 20 4 1250 0.015 0.12 45,20 5 250 0.0035 0.09 45,20 6 250 0.015 0.09 20, 80 Como parámetros invariantes más importantes entre los distintos escenarios se tienen: Tabla 9. Parámetros con valores fijos. Instante de apertura de los exutorios (s) 15 Reacción química del combustible 𝐶3𝐻6+𝐶6𝐻10𝑂5+𝐶2𝐻6𝑂+27 2 𝑂2 → 11𝐶𝑂2+11𝐻2𝑂 Tiempo de simulación (s) 600 11 Los más importantes. 89 4.9.2. Salidas Tabla 10. Resumen de resultados obtenidos. Factores de influencia 250 vs 1250 kW/h Con vs sin rociadores Fracciones de conversión de CO y humo Temperatura y humedad ambiental Escenarios comparados 1 vs 2 // 3 vs 4 1 vs 3 // 2 vs 4 3 vs 5 3 vs 6 Temperatura Aumenta con el aumento de HRR. (1) Aumenta cuando no hay rociadores. (2) No afecta Aumenta con la Tªamb mayor y la humedad menor. Volumen de humos Aumenta con el aumento de HRR. (3) Sólo se mantiene por encima de la altura libre de humos para el caso sin rociadores. (4) Disminuye cuando disminuyen las fracciones. (5) Disminuye con menor Tªamb y mayor humedad. (6) Toxicidad No afecta No afecta Disminuye a menor fracción de conversión. (7) No afecta (1). Tanto para el caso de aumentar la potencia calorífica para escenario con rociadores como para escenario sin ellos, la temperatura aumenta. En concreto cerca de la cubierta, la temperatura pasa de unos 70ºC a los 100ºC cuando el incendio se encuentra en régimen estacionario. El penacho de humos pasará a tener una temperatura de 180ºC, frente a los 100ºC alcanzados en el caso de HRR = 250kW/h. (2). La ausencia de rociadores provoca un aumento muy importante de la temperatura en la nave, que pasa a ser de 150ºC aproximadamente en vez de 70ºC como en el caso con rociadores (temperatura en la cubierta). (3). El aumento de HRR viene provocado por el aumento del volumen de combustible consumido por unidad de tiempo, esto implica que, a igual fracción de conversión de humos, el volumen de humos generado por unidad de tiempo será mayor. Se puede observar como la opacidad de la capa de humos es mucho mayor en el caso de HRR mayor. 0 500 1000 1500 0 31 62 93 124 155 186 217 248 279 310 341 372 403 434 465 496 527 558 589 (kW/h) tiempo (s) Curvas de desarrollo del incendio Escenario 2 y 4 Escenario 1 y 3 Simulaciones con FDS 90 90 t = 300s. Escenario 3 t = 300s. Escenario 4 (4). La presencia o ausencia de rociadores es muy determinante en el estado de la capa de humos durante el desarrollo del incendio. Tanto para el caso de HRR 250 kW/h como para el de 1250 kW/h, la presencia de rociadores provoca que parte de los humos se enfríen provocando su descenso a cotas inferiores a la altura libre de humos calculada. En el peor de los casos simulados, en el escenario 2, se puede observar como la capa de humos ha descendido hasta nivel suelo en el área 12 circundante del incendio. Con lo cual se puede asegurar que la evacuación en el resto del edificio será segura. t = 300s. Escenario 2 t = 300s. Escenario 4 (5). Ver escenario 5 t = 300s. Soot y CO fraction máximos t = 300s. Soot y CO fraction mínimo (6). Al disminuir la temperatura del ambiente, la diferencia de temperaturas entre el aire del entorno y la capa de humos será mayor, este mayor gradiente de temperaturas facilita el flujo natural del humo que saldrá por los exutorios al exterior. 12 Área de 40 m2 en torno al incendio. 91 t = 300s. Con temperatura de 45ºC t = 300s. Con temperatura de 20ºC (7). Ver escenario 5 t = 300s. Soot y CO fraction máximos t = 300s. Soot y CO fraction mínimo Toxicidad a 2 metros Toxicidad a 2 metros ANEXOS 92 92 ANEXOS 93 I. CÁLCULO DE SUPERFICIE DE SALIDA DE HUMOS I.1. Datos. Partiendo de la geometría de la nave y de sus características, así como de las condiciones ambientales del entorno, se pasa a resolver el problema de diseñar el área de salida de humos. Para ello se diseñará siguiendo la normativa correspondiente. Se toman como datos iniciales: · Dimensiones de la nave: longitud (L=66.24 metros) y anchura (W=24.54 metros), a partir de los cuales se obtiene que la superficie de la nave es de S=1625.53 m2. Según la norma UNE 23585, en su apartado 6.6.2.8.: “la máxima longitud de cualquier depósito de humos a lo largo de su eje mayor debe ser de 60m”. Con ello, se ha de tener en cuenta la necesidad de tener, como mínimo, dos depósitos de humos (n=2). · Características del SCTEH que se desea instalar: altura media de los exutorios (hm=10.78 metros). · Valores del entorno: temperatura ambiente (Ta=45ºC), gravedad (g = 9.81 m/s2). Se toma el caso más desfavorable de la temperatura ambiente, puesto que, a mayor temperatura, más fácil será que se produzca el incendio y menor será la diferencia de temperatura entre la capa de humos y el aire del exterior y menor será el “tiro” producido por dicha diferencia. · Valores relacionados con el sistema de protección contra incendios: Presencia de rociadores y ubicación (rociadores de techo) y temperatura de apertura de los rociadores (Tdisp = 93ºC). Con los datos anteriores se calcula el incendio modelo que se prevé pueda producirse en la nave y condiciones de estudio. I.2. Caudal que entra en el penacho de humos. Siguiendo el Anexo A apartado 1 de UNE 23585: Para incendios que cumplen: 𝑌≤10∙√𝐴𝑓 ; 7.5≤10·√34.16=58.45 𝑚 La fórmula facilitada para el caudal que entra en el penacho ascendente de humos es: 𝑀𝑓=𝐶𝑒∙𝑃∙𝑌32 ⁄ 𝑘𝑔 𝑠=0.188·14.88·7.53 2 =57.46𝑘𝑔 𝑠 En el apartado 5 del anexo A, que es también de aplicación a la nave de almacenamiento estudiada, se corrobora el cálculo realizado según el apartado 1 del mismo Anexo. Cálculo de Superficie de Salida de Humos 94 94 I.3. Promedio de Temperatura absoluta en la capa flotante. Según UNE: · El incremento de la temperatura de la capa de humos es: θ1= 𝑇𝑐−𝑇𝑎=366.15 𝐾− (45+273.15) 𝐾=48 𝐾 · Con el calor del flujo de calor convectivo en los gases del humo que está saliendo de las llamas justo encima del incendio es: 𝑄𝑓=0.8·𝑞𝑓(𝑏𝑎𝑗𝑜)·𝐴𝑓=6832 𝐾𝑊 I.4. Superficie total de aireadores naturales de extracción de humos. Utilizando la flotabilidad de los humos como mecanismo que provoca la salida de los humos por lo huecos de los aireadores. Avtot·CV= M· Tc (2·ρamb 2·g·d1·θ1·Tamb-M1 2·Tc·Tamb Ai·Ci)0.5; (Avtot·CV)2 = 𝑀·𝑀·Tc2·(Ai·Ci)2 (2·ρamb 2·g·d1·θ1·Tamb·(Ai·Ci)2- M ·M·Tc·Tamb) ; Tras operar queda: Avtot·CV=𝑀 𝜌𝑎𝑚𝑏·[Tc2+Tc·TambγV2 2·g·d1·θ1·Tamb ]0.5 La relación del área de entrada y salida: 95 Ai ∙ Ci = Avtot ∙𝐶𝑉 𝛾𝑉= Avtot ∙𝐶𝑉 ; Como en el caso de estudio se va a contar con dos depósitos de humos, durante el desarrollo de la evacuación de los humos, uno de los depósitos recogerá los humos generados por el incendio y les dará salida a través de los exutorios en él instalados. El aire de aporte, es decir, el aire que entra a sustituir al volumen de humo evacuado es suministrado por el depósito que no se encuentra sobre el incendio. Teniendo en cuenta que ambos depósitos de humos diseñados pueden considerarse simétricos, su área de exutorios es la misma, es decir, el área de entrada de aire de aporte y el área de salida de humos es la misma y, teniendo también en cuenta que el coeficiente aerodinámico de los exutorios es el mismo para la entrada y para la salida de aire; se llega a la conclusión de que Los parámetros de tipo ambientales son conocidos, los parámetros desconocidos se pueden obtener gracias a sus respectivas fórmulas de cálculo facilitadas por la norma UNE. Y sabiendo que, el espesor de la capa de humos admisible es: d1=ℎ𝑐−𝑌=10.78−7.5=3.28 𝑚 Resolviendo la fórmula: Avtot·CV=57.46 𝑘𝑔/𝑠 1.2 𝑘𝑔/𝑚3·[(366.152 𝐾2+318.15 𝐾 · 366.15 K) 2·9.81𝑚 𝑠2·3.28 𝑚 · 48 𝐾· 318.15 𝐾]0.5=24.18 𝑚2 Es la superficie aerodinámica de evacuación por sector de humos, es decir, que el área total de la nave deberá ser el doble de la anterior. Que dividiendo entre las 4 secciones impuestas por las vigas que conforman la estructura de la nave en uno de los sectores de humos y son de 1.2 m de espesor: Av·CV≅ 6.045 𝑚2 Deberá ser la superficie aerodinámica de evacuación en cada una de los “subsectores” contenidos entre viga y viga. La separación libre entre viguetas de la cubierta es de 1.8 metros, por ello, la anchura máxima de los exutorios será de 1.8m. Con los resultados de estos cálculos obtenidos, se puede llevar a cabo el diseño del sistema de exutorios, su ubicación y dimensiones. Guía de uso de FDS 96 96 II. GUÍA DE USO DE FDS En este anexo se pretende dar una explicación amplia del uso y la programación mediante código de las simulaciones realizadas con FDS. Para ello se han seguido las recomendaciones de la Guía de Usuario del software. Se explican en este anexo todas las funcionalidades del software que se han utilizado para las simulaciones realizadas. También se han tenido en cuenta las otras posibilidades, que no han sido utilizadas, pero que sí podrían usarse en el caso de querer aumentar el nivel de detalle de la simulación. II.1. Introducción a FDS: El software FDS (Fire Dynamics Simulator) es un modelo computacional basado en la dinámica de los fluidos y que simula el flujo de un fluido impulsado por el fuego. Para ello, soluciona numéricamente las ecuaciones de Navier-Stokes adaptadas al flujo a baja velocidad, es decir, inferior a 0.3 Mach. FDS es un software desarrollado por NIST que proporciona una extensa documentación sobre el software y su base numérica. Cuenta con un programa visor, el Smokeview, que se encarga de sacar por pantalla los resultados de las simulaciones realizadas con FDS. Smokeview tiene muchas y muy buenas herramientas de tratamiento de los resultados que permiten ver e interpretar de forma muy cómoda e ilustrativa dichos resultados. II.1.1. Elementos del software FDS: FDS tiene el objetivo de resolver problemas prácticos de incendios en la ingeniería de protección contra incendios, proporcionando al mismo tiempo una herramienta para estudiar la dinámica fundamental del fuego y la combustión. 1. El Modelo Hidrodinámico. Con él FDS resuelve numéricamente una forma de las ecuaciones de Navier-Stokes adaptada para baja velocidad de flujo, que es forzado térmicamente, con énfasis en el transporte de humo y calor de los incendios. El algoritmo central es un esquema predictivo-corrector explícito, de segundo orden, preciso en el espacio y en el tiempo. La turbulencia es tratada por medio de la Simulación de Gran Eddy (LES). Es posible realizar una simulación numérica directa (DNS) si la malla numérica subyacente es lo suficientemente fina. LES es el modo de operación por defecto. 2. El Modelo de combustión. Para la mayoría de las aplicaciones, FDS utiliza una reacción química controlada por mezcla de un solo paso que utiliza tres especies agrupadas (una especie que representa un grupo de especies). Estas especies agrupadas son aire, combustible y productos. Por defecto, las dos últimas especies agrupadas se calculan explícitamente. Las opciones son disponibles para incluir reacciones múltiples y reacciones que no están necesariamente controladas por la mezcla. 3. El Transporte de radiación La transferencia de calor radiactivo se incluye en el modelo a través de la solución del transporte de radiación para un gas gris, y en algunos casos limitados utilizando un modelo de banda ancha. La ecuación está resuelta utilizando una técnica similar a los métodos de volumen finito 103 a veces es necesario para evitar que la FDS elimine la obstrucción si está incrustada dentro de otra, como una puerta dentro de una pared. En raras ocasiones, es posible que no desee permitir que un VENT se conecte a una obstrucción en particular, en cuyo caso configure ALLOW_VENT=.FALSE. También es posible crear obstrucciones transparentes añadiendo el parámetro TRANSPARENCY en la línea OBST. Es un parámetro real entre 0 y 1. También es posible crear una obstrucción con un color determinado gracias al uso del parámetro COLOR o el triplete RGB. II.3.3. Agujeros. El namelist HOLE define los parámetros que hacen un agujero en una obstrucción existente o en un conjunto de obstrucciones. Cuando se crea un HOLE, la obstrucción que llena el HOLE tomará el color del OBST circundante a través del cual se perforó el HOLE. Para hacer que la obstrucción que llena el agujero tenga un color diferente al de la obstrucción original, se debe colocar el color o el triple entero RGB en la línea del agujero. Si se desea que la obstrucción que llena el agujero sea invisible, se debe configurar COLOR='INVISIBLE'. Además, puede utilizar la palabra clave TRANSPARENCY. Si una obstrucción no se quiere que se perforada por un agujero, se debe añadir PERMIT_HOLE=.FALSE. a la línea OBST. Tenga en cuenta que un HOLE no tiene ningún efecto en un VENT o en un límite de malla. II.3.4. Ventilaciones. El grupo VENT se utiliza para prescribir planos adyacentes a obstrucciones o paredes externas. Las superficies de ventilación se eligen de manera similar a las obstrucciones, con el séxtuple XB indicando un plano contiguo a una superficie sólida. Dos de las seis coordenadas deben ser iguales, indicando un plano en lugar de un sólido. Tenga en cuenta que sólo se puede especificar un VENT para una celda de pared determinada. Si se especifican líneas VENT adicionales para una celda de pared determinada, FDS emitirá un mensaje de advertencia e ignorará las líneas VENT redundantes. Un VENT siempre debe estar conectado a una obstrucción sólida. En el caso del modelo usado en la nave estudiada, se tomarán VENTs en los planos XMAX, XMIN, YMAX, YMIN y ZMAX; puesto que se quiere modelar el edificio al aire libre y por ello se abren todos los contornos del dominio computacional. El parámetro OUTLINE=.TRUE. en la línea VENT hace que el VENT se dibuje como un contorno en Smokeview. El parámetro SURF_ID='OPEN' se utiliza sólo si el VENT se aplica al límite exterior del dominio computacional, donde denota una apertura pasiva hacia el exterior. Por defecto, FDS asume que el límite exterior del dominio computacional (los XB en la línea MESH) es una pared sólida. Para crear un dominio total o parcialmente abierto, se deben utilizar la ventilación en modo OPEN en los límites exteriores de la malla. A veces es conveniente especificar las puertas o ventanas que se abren al exterior del dominio computacional, simplemente especificando que sea OPEN. Sin embargo, se ha tenido en cuenta que la condición del límite de presión en tal abertura es imperfecta, y se ha decidido que, ya que el flujo a través de las puerta y ventanas es importante, se extenderá el dominio unos pocos metros en lugar de usar un límite OPEN. Todavía se tendría que usar el límite de OPEN para abrir todos los lados del dominio computacional (salvo el Z=0), pero estas aberturas estarán lo suficientemente lejos de la puerta o ventana modelada como para no afectar el patrón de flujo. Por defecto, FDS asume que las condiciones ambientales existen más allá de la ventilación "OPEN". Sin embargo, es posible modificar esta suposición. Si se asume una temperatura distinta al ambiente, se debe especificar TMP_EXTERIOR junto con SURF_ID='OPEN'. Se puede crear una función de tiempo de este Guía de uso de FDS 104 104 parámetro utilizando una función de ramp, TMP_EXTERIOR_RAMP (no suele ser recomendable). La condición de límite de presión OPEN es más estable para flujos que son predominantemente normales a la ventilación, ya sea en su mayor parte hacia adentro o hacia afuera. Esto se debe a que la presión prescrita en un límite OPEN está mal acondicionada (una pequeña perturbación en la entrada puede llevar a un gran cambio en la salida) si el flujo es paralelo a la ventilación. Las ventilaciones hacia el exterior del dominio computacional (ventilaciones OPEN) pueden abrirse o cerrarse durante una simulación. La mejor manera de hacerlo es creando o removiendo una obstrucción delgada que cubra el ventilador OPEN. Esto será lo que usaremos en el modelo de estudio para el caso de los exutorios y las puertas de la nave que separarán el interior de la nave del exterior. II.3.5. Color de obstrucciones, ventilaciones, superficies y mallas. Es muy útil poder visualizar los resultados de la simulación, de tal forma que, se pueda asignar a los objetos del modelo un color o patrón de colores con significado de identificarlos o caracterizarlos a simple vista. En FDS se pueden asignar tanto colores como imágenes patrón. Los colores para muchos elementos dentro de FDS pueden prescribirse de dos maneras; un triplete de valores enteros de color, RGB, o una cadena de caracteres, COLOR. Los tres números enteros RGB van de 0 a 255, indicando la cantidad de rojo, verde y azul que componen el color. Si se define el COLOR por nombre, es importante que se escriba el nombre exactamente como aparece en las tablas de colores. Los parámetros de color se pueden especificar en una línea SURF, en cuyo caso todas las superficies de ese tipo tendrán ese color, o los parámetros de color se pueden aplicar directamente a obstrucciones o ventilaciones. En el modelo de estudio, se ha usado predominantemente la cadena de caracteres COLOR. Es muy recomendable que los colores se asignen a las superficies a través de la línea SURF, ya que a medida que las geometrías de las simulaciones FDS se vuelven más complejas, es muy útil utilizar el color como comprobación puntual para determinar si las propiedades superficiales deseadas se han asignado en todo el edificio bajo estudio. Las obstrucciones y los respiraderos pueden ser coloreados individualmente, anulando el color designado por la línea SURF. El caso especial COLOR='INVISIBLE' hace que la ventilación u obstrucción no sea dibujada por Smokeview. Otro caso especial COLOR='RAINBOW' hace que el color del conducto de ventilación, obstrucción o malla se seleccione aleatoriamente del rango completo de valores RGB; esto puede ser útil si está utilizando el grupo de lista de nombres MULT y desea diferenciar entre el conducto, la ventilación o la malla multiplicados. II.3.6. Objetos repetidos. A veces las obstrucciones, los agujeros y los respiraderos se repiten una y otra vez en el archivo de entrada. Esto puede ser tedioso de crear y hace que el archivo de entrada sea difícil de leer. Sin embargo, si un conjunto particular de objetos se repite en un patrón regular, se puede utilizar una utilidad conocida como multiplicador. Dicha utilidad se encuentra recogida en el namelist MULT. 105 II.4. Fuego y condiciones térmicas del contorno: Se describirá cómo especificar las propiedades térmicas de los objetos sólidos. Esta parte del modelado es crítica debido a los siguientes aspectos: · En primer lugar, tanto para incendios reales como simulados, el crecimiento del fuego es muy sensible a las propiedades térmicas de los materiales circundantes. · Segundo, incluso si todas las propiedades del material son conocidas hasta cierto punto, los fenómenos físicos de interés pueden no ser simulados apropiadamente debido a limitaciones en los algoritmos del modelo o en la resolución de la malla numérica. Por ello, FDS considera que es responsabilidad del usuario suministrar las propiedades térmicas de los materiales y, a continuación, evaluar el rendimiento del modelo para asegurarse de que se están capturando los fenómenos de interés. Por defecto, se supone que el límite exterior del dominio computacional es un límite sólido que se mantiene a temperatura ambiente. Lo mismo ocurre con las obstrucciones que se añaden a la escena. Para especificar las propiedades de los sólidos, se utiliza la namelist SURF. Se supone que los sólidos consisten en capas que pueden estar hechas de diferentes materiales. Las propiedades de cada material requerido se designan mediante la namelist MATL. Estas propiedades indican la rapidez con la que se calientan los materiales y cómo se queman. Cada entrada MATL en el fichero de entrada debe tener un ID, o nombre, para que puedan asociarse con un SURF determinado mediante el parámetro MATL_ID. Se ha de tener en cuenta que el grosor de la pared indicado por la línea OBST es independiente del grosor especificado por la línea SURF. La línea OBST define la geometría de la obstrucción (es decir, cómo la ve el solucionador de flujo). La línea SURF define las características de transferencia de calor de la obstrucción (es decir, cómo es vista la obstrucción por el solucionador de fase sólida 1D). Esto permite que una obstrucción se ajuste a la red local, pero que la solución de transferencia de calor refleje el espesor real. II.4.1. Temperatura en una superficie y flujo de calor. Este apartado describe cómo especificar condiciones límite térmicas simples. Éstos se utilizan a menudo cuando hay poca o ninguna información sobre las propiedades de los materiales sólidos. Si se conocen las propiedades de los materiales, es mejor especificar estas propiedades y dejar que el modelo calcule el flujo de calor y la temperatura de las paredes y otras superficies sólidas. Normalmente, las propiedades térmicas de un límite sólido se especifican mediante la namelist MATL, que a su vez es invocado por la entrada SURF mediante la cadena de caracteres MATL_ID. Sin embargo, a veces es conveniente especificar una condición de límite de temperatura fija, en cuyo caso establecer TMP_FRONT como la temperatura de superficie en unidades de ◦C. II.4.2. Flujo de calor convectivo en sólidos. Las condiciones límite especificadas de temperatura o flujo de calor son fáciles de aplicar, pero sólo de utilidad limitada en escenarios reales de incendio. En la mayoría de los casos, las paredes, techos y suelos se componen de varias capas de materiales de revestimiento. La namelist MATL se utiliza para definir las propiedades de los materiales que componen las superficies sólidas límite. Un límite sólido puede consistir en múltiples capas de diferentes materiales, y cada capa puede consistir en múltiples componentes de material. Estructura de los límites sólidos. Guía de uso de FDS 106 106 Las capas de material y los componentes se especifican en la línea SURF a través de la matriz llamada MATL_ID(IL,IC). El argumento IL es un número entero que indica el índice de capas, empezando por 1, la capa en el límite exterior. El argumento IC es un número entero que indica el índice del componente. Por ejemplo, MATL_ID(2,3)='BRICK' indica que el tercer componente de material de la segunda capa es BRICK. Sin argumentos, se supone que el parámetro MATL_ID es una lista de los materiales en varias capas, cada capa consiste en un solo componente de material. Cuando se aplica un conjunto de parámetros SURF a la cara de un OBST, el primer MATL_ID define la primera capa de material sólido. Los otros MATL_IDs se aplican sucesivamente. Si BACKING='EXPOSED', el último MATL_ID se aplica a la cara opuesta del OBST, asumiendo que el OBST tiene un grosor de cero o una celda de cuadrícula. Si el OBST es más grueso que una celda de cuadrícula, entonces BACKING='EXPOSED' no está definido y será tratado como si la condición BACKING='VOID' estuviera establecida. Si en el ejemplo anterior, se aplicó BRICK WALL a todo el OBST usando SURF_ID, entonces al hacer un cálculo de transferencia de calor de la cara +x a la cara x, FDS consideraría que el OBST es BRICK seguido por INSULATOR y lo mismo para un cálculo de transferencia de calor de la cara x a la cara +x. Para evitar esto, especifique un segundo SURF que tenga el MATL_ID inverso y use SURF_ID6 para aplicar las dos definiciones de SURF a caras opuestas del OBST. Las mezclas de materiales sólidos dentro de la misma capa se pueden definir utilizando la palabra clave MATL_MASS_FRACTION. Este parámetro tiene los mismos dos índices que la palabra clave MATL_ID. Es importante notar que los componentes de las mezclas sólidas son tratados como sustancias puras sin vacíos. Propiedades térmicas Para cualquier material sólido, se especifica su conductividad térmica (W/(m K)), densidad (kg/m3), calor específico (kJ/(kg K)) y emisividad (0.9 por defecto). Tanto la conductividad como el calor específico pueden ser funciones de la temperatura. La densidad y la emisividad no pueden. La dependencia de la temperatura se especifica usando la convención RAMP. Al material sólido se le puede dar un ABSORPTION_COEFFICIENT (1/m) que permite que la radiación penetre y se absorba en el sólido. Por consiguiente, la emisión del material se basa en las temperaturas internas, no sólo en la superficie. La emisividad de un componente MATL de un SURF tiene prioridad sobre la emisividad especificada en la línea SURF. Esto es cierto incluso si no se especifica explícitamente ninguna emisividad en la línea MATL. Su valor predeterminado sigue teniendo prioridad sobre lo que se especifique en la línea SURF. Condiciones de los límites de la parte trasera Las capas de un límite sólido se enumeran en orden desde la superficie. Por defecto, si la obstrucción es menor o igual que el grosor de una célula, entonces la capa más interna estará expuesta a la temperatura del aire en la parte posterior. Si la obstrucción se encuentra en el límite del dominio o tiene más de un grosor de célula, se supone que retrocede hasta un espacio de aire a temperatura ambiente. Por ejemplo, una placa de acero delgada (es decir, de espesor inferior o igual a la rejilla) utilizaría las temperaturas previstas por el FDS a ambos lados de la placa para predecir la transferencia de calor. Hay otras condiciones de límites en la parte posterior que se pueden aplicar. Una de ellas es suponer que la pared se apoya en un material aislado, en cuyo caso no se pierde calor en el material de soporte. La expresión BACKING='INSULATED' en la línea SURF previene cualquier pérdida de calor en la parte posterior del material. El uso de esta condición significa que no es necesario especificar las propiedades del material aislante interior porque se supone que está perfectamente aislado. 107 Si se supone que la pared retrocede hasta la habitación del otro lado de la pared y se desea que el FDS calcule la transferencia de calor a través de la pared hacia el espacio detrás de la pared, el atributo BACKING='EXPOSED' debe aparecer en la línea SURF. Esta característica sólo funciona si la pared tiene un grosor de celda de malla menor o igual a uno, y si hay un volumen de dominio computacional distinto a cero al otro lado de la pared. Obviamente, si la pared es un límite externo del dominio, el calor se pierde en un vacío de temperatura ambiente. Lo mismo sucede si no se puede encontrar la celda de gas de la parte posterior (en cuyo caso, la pared no tendría un grosor de celda). Estas son las condiciones de contorno por defecto. Si se asume que la pared siempre retrocede al ambiente, entonces el atributo BACKING='VOID' debe ser set. La emisividad de la parte posterior de la superficie se puede controlar especificando EMISSIVITY_BACK en la línea SURF. Si no se especifica, la emisividad de la parte posterior se calculará durante las simulaciones como una suma ponderada por masa de las emisividades MATL. Temperatura inicial y posterior Por defecto, la temperatura inicial del material sólido se ajusta a la temperatura ambiente (TMPA en la línea MISC). Se utiliza TMP_INNER en la línea SURF para especificar una temperatura inicial diferente del sólido. Las capas de la superficie pueden tener diferentes temperaturas iniciales. Además, la condición límite de la temperatura de la parte posterior de un sólido se puede establecer utilizando el parámetro TMP_BACK en la línea SURF. TMP_BACK no es la temperatura real de la superficie posterior, sino la temperatura del gas a la que está expuesta la superficie posterior. Este parámetro no tiene ningún significado para superficies con BACKING='EXPOSED' o BACKING='INSULATED'. Como alternativa a TMP_INNER también se puede utilizar RAMP_T_I para especificar el nombre de una RAMP que contenga un perfil de profundidad vs. temperatura para la superficie. Se ha de tener en cuenta que los parámetros TMP_INNER y TMP_BACK sólo son significativos para sólidos con espesor y propiedades del material (mediante la palabra clave MATL_ID). Paredes con materiales diferentes delante y detrás Si se tiene un OBST que es una célula gruesa con células de gas en ambos lados (es decir, la obstrucción no está en el borde del dominio) y se aplica el atributo BACKING='EXPOSED' (RESPALDO='EXPUESTO'), entonces FDS calcula la conducción de calor a través de todo el ESPESOR, y utiliza la temperatura de la fase gaseosa y el flujo de calor en los lados frontal y posterior para las condiciones límite. Se realiza un cálculo redundante en el lado opuesto de la obstrucción. FDS siempre aplica un SURF a una obstrucción haciendo que la primera capa sea la superficie expuesta de la cara y la última capa la cara opuesta. Tomemos, por ejemplo, la definición de SURF que figura a continuación y supongamos que la distancia entre las rejillas es de 10 cm. En el lado -x del OBST, la capa 1 será MATERIAL A, la capa 2 será MATERIAL B y la capa 3 será el último MATERIAL A. En el lado +x el SURF se aplicará de la misma manera. Tema especial: Fuente de calor interna especificada La ecuación de conducción de calor de fase condensada tiene un término fuente que describe las fuentes internas y los sumideros de energía. Hay tres tipos de fuentes que contribuyen a este término: los calores de reacción para la pirólisis, la absorción interna y la emisión de radiación, y la fuente especificada por el usuario. Un ejemplo de caso en el que podría ser necesaria una fuente de calor específica es el calentamiento de cables eléctricos debido a la corriente interna. Se puede especificar el término fuente interno para cada capa de la superficie utilizando INTERNAL_HEAT_SOURCE en la línea SURF. Sus unidades son kW/m3 y el valor por defecto es cero. En el siguiente ejemplo, la superficie cilíndrica que describe un cable consiste en una capa plástica externa y un núcleo interno de metal. El núcleo metálico se calienta con una potencia de 300 kW/m3. Guía de uso de FDS 108 108 Muros y objetos no planos Se supone que todas las obstrucciones de las FDS se ajustan a la malla rectilínea y que todas las superficies delimitadoras son planos. Sin embargo, muchos objetos, como cables, tuberías y conductos, no son planos. Aunque estos objetos deben representarse en el FDS como "cajas", el cálculo de la transferencia interna de calor se puede realizar como si el objeto fuera realmente cilíndrico o esférico. II.4.3. Modelos simples de pirólisis FDS tiene varios enfoques para describir el pirólisis de sólidos y líquidos. El enfoque para tomar decisiones depende en gran medida de la disponibilidad de las propiedades de los materiales y de la idoneidad del modelo de pirólisis subyacente. Se debe tener en cuenta que todos los modelos de pirólisis en FDS requieren que se defina explícitamente la reacción en fase gaseosa. También debe tenerse en cuenta que el usuario sólo tiene que utilizar un modelo de pirólisis a la vez. Una combustión de gas con una velocidad de liberación de calor especificada Los combustibles sólidos y líquidos pueden modelarse especificando sus propiedades relevantes a través del grupo de lista de nombres MATL. Sin embargo, si simplemente se desea especificar un incendio de un determinado índice de liberación de calor (HRR), no se necesita especificar ninguna propiedad del material. Un incendio específico es básicamente modelado como la expulsión de combustible gaseoso de una superficie sólida o de un respiradero. Se trata esencialmente de un quemador, con una velocidad de liberación de calor especificada por unidad de área, HRRPUA, en unidades de kW/m2. Una alternativa a HRRPUA con la misma funcionalidad es MLRPUA, excepto que este parámetro especifica la Tasa de Pérdida de Masa de gas combustible por Unidad de Área en kg/(m2 s). No se debe especificar HRRPUA y MLRPUA en la misma línea SURF. Ninguno de los dos puede utilizarse si el modelo contiene reacciones múltiples. Un fuego que se propaga radialmente A veces se desea que un incendio se extienda radialmente a una velocidad especificada. En lugar de intentar obtener las propiedades del material para modelar directamente la ignición y propagación del fuego, puede especificar la tasa de propagación del fuego directamente. Primero, se necesita agregar una línea SURF con una tasa de liberación de calor especificada, HRRPUA, y un parámetro opcional de historial de tiempo, RAMP_Q o TAU_Q. Luego, se debe especificar XYZ y SPREAD_RATE en una línea VENT o en la misma línea SURF. El fuego se dirige para que comience en el punto XYZ y se extienda radialmente a una velocidad de SPREAD_RATE (m/s). Si la hora de inicio de la simulación, T_BEGIN, no es cero, tenga en cuenta que la hora de inicio predeterminada del fuego de propagación radial es T_BEGIN, no cero. Esto también es cierto para TAU_Q, pero no para RAMP_Q. Debido a que esto puede ser confuso, si inicia el cálculo en un momento distinto a cero, realice una prueba rápida para asegurarse de que las rampas o la propagación del fuego se comportan como se esperaba. Combustibles sólidos que queman a una tasa especificada Los objetos reales, como muebles, equipos de oficina, etc., son a menudo difíciles de describir a través de los parámetros SURF y MATL. A veces, la única información sobre un objeto dado son sus propiedades térmicas 109 a granel, su temperatura de "ignición" y su velocidad de combustión subsiguiente en función del tiempo transcurrido desde la ignición. Después de que la superficie se ha encendido, la transferencia de calor hacia el sólido sigue siendo calculada, pero no hay acoplamiento entre la velocidad de combustión y la temperatura de la superficie. Como resultado, la temperatura de la superficie puede aumentar demasiado. Para tener en cuenta la pérdida de energía debida a la vaporización del combustible sólido, se puede especificar HEAT_OF_VAPORIZATION para la superficie. Modelos complejos de pirólisis Este apartado explica los parámetros que describen las reacciones que ocurren dentro de los materiales sólidos cuando se queman. Se recomienda encarecidamente que antes de utilizar esta forma de modelado se lea algún material de referencia sobre la pirólisis en fase sólida, por ejemplo, "Thermal Decomposition of Polymers" (Descomposición térmica de polímeros), de Hirschler y Morgan, o "Flaming Ignition of Solid Fuels" (Encendido en llamas de combustibles sólidos), de Torero, ambos incluidos en la cuarta edición del Manual de ingeniería de protección contra incendios de la SFPE. El enfoque para tomar decisiones depende en gran medida de la disponibilidad de las propiedades de los materiales y de la idoneidad del modelo de pirólisis subyacente. Se debe tener en cuenta que todos los modelos de pirólisis en FDS requieren que se defina explícitamente la reacción en fase gaseosa. También debe tenerse en cuenta que sólo se puede utilizar un modelo de pirólisis a la vez. II.5. Ventilaciones: En este apartado se explica cómo modelar un sistema de ventilación. Hay dos maneras de hacerlo. En primer lugar, si sólo se desea especificar los caudales de aire que entran y salen de los compartimentos. Y, en segundo lugar, si se desea modelar todo el sistema de ventilación. II.5.1. Modelo simple de ventilación: Purgadores, ventiladores y calentadores simples El sistema de ventilación de compartimentos individuales dentro de un edificio se describe utilizando condiciones de límite de velocidad. Por ejemplo, se puede soplar aire fresco y extraer humo de un compartimento especificando una velocidad en la dirección normal hacia una superficie sólida. Sin embargo, hay varias otras facetas de las condiciones de límite de velocidad que se describen a continuación. Válvulas simples de suministro y escape La manera más fácil de describir un ventilador de suministro o de escape es especificar un VENT en una superficie sólida y designar un SURF_ID con alguna forma de velocidad o caudal especificado. El componente normal de la velocidad se especifica normalmente directamente a través del parámetro VEL. Si el VEL es negativo, el flujo se dirige al dominio computacional, es decir, a un conducto de ventilación. Si VEL es positivo, el flujo se extrae del dominio, es decir, de un respiradero de escape. Se ha de tener en cuenta también que, si el VENT u OBST cruza los límites de la malla, el VOLUME_FLOW especificado se volverá a colocar en cada malla de manera que se logre el flujo volumétrico deseado. Para conseguir que FDS considere los límites del dominio computacional como límites abiertos, se deberá utilizar un VENT que sea del tipo OPEN en casa uno de los planos límites del dominio. Guía de uso de FDS 110 110 Flujo de masa total En la mayoría de los casos, se especifica una ventilación simple de suministro o de escape estableciendo una velocidad normal o un flujo de volumen en una superficie sólida. Sin embargo, es posible que se desee controlar el caudal másico total por unidad de superficie (kg/(m2 s)) mediante el parámetro MASS_FLUX_TOTAL. Este parámetro utiliza la misma convención de signos que VEL. De hecho, el valor introducido para MASS_FLUX_TOTAL se convierte internamente en una condición límite de velocidad cuyo valor para una salida se ajusta en función de la densidad local. Se ha de tener en cuenta que MASS_FLUX_TOTAL sólo debe utilizarse para una condición de límite de flujo saliente; para el uso de flujo de entrada, se debe utilizar MASS_FLUX. Calentadores Puede crear una simple salida de aire caliente cambiando la temperatura del aire entrante &SURF ID='BLOWER', VEL=-1.2, TMP_FRONT=50. / El VENT con SURF_ID='BLOWER' soplaría 50 ◦C aire a 1,2 m/s en el dominio de flujo. Haciendo VEL positivo aspiraría el aire, en cuyo caso no sería necesario TMP_FRONT. Se ha de tener en cuenta que, si se especifican parámetros de reacción en fase sólida o HRRPUA, no se debe prescribir ninguna velocidad. Los gases combustibles son expulsados a una velocidad calculada por FDS. II.6. Viento: II.6.1. Añadir el viento en FDS: En simulaciones donde los efectos del viento y la atmósfera son de interés, usualmente se tiene una cantidad limitada de información sobre las condiciones; típicamente una velocidad del viento, dirección, topografía básica, y condiciones climáticas. Se supone que la velocidad del viento se toma a una altura de 2 m del suelo. Si no es así, se ajusta Z_REF (m) en consecuencia. La DIRECCIÓN del viento sigue la convención meteorológica habitual - un viento del norte tiene una dirección de 0◦ y sopla de norte a sur, o en la dirección y negativa en el sistema de coordenadas FDS. Un viento del este tiene una dirección de 90◦ y sopla de este a oeste, o en la dirección x negativa. Si se conoce el valor de u∗ o θ∗, se puede introducir en la línea WIND como U_STAR (m) y THETA_STAR (K). En caso contrario, se calcularán a partir de L y z0. 111 Pueden asignarse propiedades de material al SUELO si se desea, pero se ha de tener en cuenta que FDS asume que el SUELO está inicialmente a temperatura ambiente (TMPA), y la temperatura de la atmósfera aumenta o disminuye con la altura de acuerdo con las condiciones de estabilidad. La parte superior del dominio está configurada para ser `OPEN', lo que significa que, aunque el campo de viento es más o menos paralelo a él, podría haber, por ejemplo, una pluma caliente que puede salir del dominio computacional. Los límites laterales del dominio se pueden establecer en "OPEN" o "PERIODIC". La primera es la condición usual de entrada/salida; la segunda asume que el dominio se repite interminablemente en cada dirección. Esta es una suposición importante porque se supone que la capa límite atmosférica turbulenta que se modela usando la teoría de similitud Monin-Obukhov se desarrolla a lo largo de distancias mucho más allá del dominio computacional. El parámetro extra en la línea VENT, WIND=.TRUE, dirige al FDS a reflejar las condiciones meteorológicas básicas en todas las direcciones, pero no a reflejar las plumas de humo, dispersión de gas, etc., que usted podría crear en su escenario de incendio. Es decir, no quieres que una columna de humo que sale del límite oriental del dominio reaparezca instantáneamente en el límite occidental. II.7. Combustión: Una fuente común de confusión en las FDS es la distinción entre la combustión en fase gaseosa y la pirólisis en fase sólida. El primero se refiere a la reacción entre el vapor de combustible y el oxígeno; el segundo, a la generación de vapor de combustible en una superficie sólida o líquida. Mientras que puede haber muchos tipos de combustibles en una simulación de incendio FDS, en el modelo de química simple de combustión controlada por mezcla sólo puede haber un combustible gaseoso. La razón es el costo. Es costoso resolver ecuaciones de transporte para múltiples combustibles gaseosos. En consecuencia, los índices de combustión de sólidos y líquidos son ajustados automáticamente por FDS para tener en cuenta la diferencia en los calores de combustión de los diversos combustibles. En efecto, se especifica una reacción en una sola fase gaseosa como sustituto de todos los combustibles potenciales. La combustión se puede modelar de dos maneras. Por defecto, la reacción del combustible y el oxígeno es infinitamente rápida y sólo se controla mediante la mezcla, de ahí que la etiqueta esté controlada por la mezcla. La alternativa es que la reacción es de tasa finita. Este último enfoque generalmente requiere una resolución de cuadrícula muy fina que no es práctica para aplicaciones de fuego a gran escala. Este capítulo describe ambos métodos, con énfasis en el modelo controlado por mezcla más comúnmente utilizado. El grupo de lista de nombres REAC contiene los parámetros para ambos modos de combustión. II.7.1. Reacciones de paso único y mezcla controlada: Este enfoque de la combustión, referido más adelante como el modelo de combustión de "química simple", considera una sola especie de combustible que está compuesta principalmente de C, H, O y N que reacciona con el oxígeno en un paso controlado por la mezcla para formar H2O, CO2, hollín y CO. La información sobre la reacción se proporciona en la línea REAC. Comenzando con FDS 6, debe especificar una línea REAC para modelar un incendio. Usted es responsable de definir la química básica del combustible y los rendimientos de postcombustión de CO y hollín. Los valores por defecto son 0. Parámetros químicos simples Sólo necesita especificar la fórmula química del combustible junto con los rendimientos de CO y hollín, y la fracción de volumen de hidrógeno en el hollín, XH. Los siguientes parámetros pueden ser prescritos en la línea REAC cuando se utiliza el modelo de química simple. Tenga en cuenta que los diferentes YIELDs son para condiciones de post-llama bien ventiladas. Existen Guía de uso de FDS 112 112 opciones para predecir el rendimiento de varias especies en escenarios de incendios infraventilados, pero estos modelos especiales todavía requieren el rendimiento posterior a la llama para el CO, el hollín y cualquier otra especie enumerada a continuación. - FUEL (Requerido) Una cadena de caracteres que identifica las especies de combustible para la reacción. Cuando se usa química simple, especificar FUEL hará que FDS use las propiedades termo físicas incorporadas para esa especie al computar cantidades tales como calor específico o viscosidad. La Tabla 12.1 proporciona un listado de las especies disponibles. Si el COMBUSTIBLE está en la tabla, entonces FDS usará la fórmula incorporada para obtener los valores de C, H, O, y N. Si no está listado en la Tabla 12.1, FDS usa las propiedades termofísicas del gas de ETILENO junto con el peso molecular dado por el FORLMULA o los valores de C, H, O, y N. De cualquier manera, FDS creará implícitamente una entrada SPEC para COMBUSTIBLE. Esto permite utilizar FUEL como una entrada SPEC_ID en otro lugar (por ejemplo, como una condición inicial o una cantidad de salida). Si define FUEL como SPEC, cualquier propiedad que especifique anulará los valores por defecto. - FÓRMULA Una cadena de caracteres que identifica la fórmula química de la especie de combustible para la reacción. Esta entrada sólo tiene significado cuando se utiliza química simple y la fórmula sólo puede contener C, H, O o N. Especificar una fórmula significa que no es necesario especificar las entradas individuales de C, H, O y N. Consulte el apartado 12.1.2 para obtener una descripción de cómo introducir una FÓRMULA. - ID Un string que identifica la reacción. Normalmente, esta etiqueta no es usada por FDS, pero es útil para etiquetar la línea REAC si se especifican más de una reacción. - C, H, O, N La fórmula química del combustible. Todos los números son positivos. Debe especificarse una de las letras C o H. Esta entrada no es necesaria si se especifica FÓRMULA o si el COMBUSTIBLE está en la Tabla 12.1. - CO_YIELD La fracción de la masa de combustible convertida en monóxido de carbono, yCO. Tenga en cuenta que este parámetro sólo es apropiado cuando se aplica el modelo de química simple. (Por defecto 0.) - SOOT_YIELD La fracción de la masa de combustible convertida en partículas de humo, yS. Tenga en cuenta que este parámetro sólo es apropiado cuando se aplica el modelo de química simple. (Por defecto 0.) - SOOT_H_FRACTION La fracción de los átomos en el hollín que son hidrógeno. El valor por defecto es 0.1, equivalente a la entrada FORMULA='C0.9H0.1' (Sección 12.1.3). Tenga en cuenta que este parámetro sólo es apropiado cuando se aplica el modelo de química simple. - FUEL_RADCAL_ID Especie de RadCal que se utilizará para el combustible. El valor por defecto es la especie RadCal por defecto para la especie de combustible o `METANO' si no hay ninguna especie por defecto. Consulte la Sección 14.2.1 para más detalles. Las fracciones de la masa ambiente para los constituyentes del aire se especifican en MISC utilizando las entradas: - Y_O2_INFTY Fracción en masa ambiente de oxígeno (por defecto para aire seco es 0,232378) - Y_CO2_INFTY Fracción de la masa ambiente de dióxido de carbono (El valor predeterminado para aire seco es 0,000595) Humedad relativa de la especie de aire de fondo, en unidades de %. (Defecto 40 %). Aquí se dan algunos ejemplos de líneas REAC. Cuando se utiliza química simple, la FDS crea automáticamente tres especies agrupadas: aire, combustible y productos. El nombre real de la especie de combustible será el nombre dado en la línea REAC (por ejemplo, MI COMBUSTIBLE en la última muestra anterior). FDS crea estas especies agrupadas de la misma manera que lo haría en un archivo de entrada. FDS primero define la especie primitiva y luego define la especie agrupada. En 119 o dentro de un ancho de celda fuera de la superficie sólida. El algoritmo de búsqueda en FDS buscará la superficie sólida más cercana en la dirección opuesta a la indicada por IOR. Cantidades integradas Además de las mediciones puntuales, el grupo DEVC puede ser utilizado para reportar cantidades integradas (Ver Table17.3). Por ejemplo, usted puede querer saber el flujo másico que sale por una puerta o ventana. Para reportar esto, agregue la línea &DEVC XB=0.3,0.5,2.1,2.5,3.0,3.0, QUANTITY='MASSFLOW', ID='whatever'/ Tenga en cuenta que, en este caso, se especifica un plano en lugar de un punto. Para ello se utiliza el séxtuple XB. Note cuando se desea un flujo, dos de las seis coordenadas deben ser iguales. Otra CANTIDAD, HRR, puede ser usada para calcular la tasa total de liberación de calor dentro de un subconjunto del dominio. En este caso, el séxtuple XB debería definir un volumen en lugar de un plano. La especificación del plano o volumen sobre el que se va a llevar a cabo la integración sólo puede hacerse utilizando XB - evite planos o volúmenes que crucen múltiples límites de malla. FDS tiene que decidir qué malla usar en la integración, y elige la malla más fina que se superpone al centro del plano o volumen designado. Salidas de matrices de puntos. Puede utilizar una sola línea DEVC para especificar una matriz lineal de dispositivos. Añadiendo el parámetro POINTS y utilizando la matriz de coordenadas séxtuple XB, puede dirigir FDS para crear una línea de dispositivos desde (x1, y1, z1) hasta (x2, y2, z2). Hay dos opciones. Perfil de Steady-State A veces es conveniente calcular un perfil de estado estacionario. Por ejemplo, el perfil de velocidad vertical a lo largo de la línea central de una puerta puede registrarse con la siguiente línea de entrada: &DEVC XB=X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2, QUANTITY='U-VELOCITY', ID='vel', POINTS=20 / En un archivo llamado CHID_line.csv, habrá entre 1 y 4 columnas de datos asociados con esta única línea DEVC. Si X1 es diferente de X2, habrá una columna de coordenadas x asociadas a la matriz lineal de puntos. Lo mismo ocurre con las coordenadas y y z. La última columna contiene los 20 puntos de temperatura promediados a lo largo de la última DT_DEVC_LINE de la simulación - DT_DEVC_LINE se fija en la línea DUMP. Es la mitad del tiempo total de simulación por defecto. Esta es una forma conveniente de producir un perfil lineal promediado en el tiempo de una cantidad, como una matriz de termopares. Tenga en cuenta que la salida estadística al fichero _line.csv empieza a promediarse en T=T_END-DT_DEVC_LINE. Antes de este punto de la simulación, se emiten los valores brutos. Esto evita que los transitorios iniciales sesguen los valores estadísticos y obliga a que la salida del archivo "line" al final de la simulación sea equivalente al procesamiento manual de un historial de tiempo DEVC puntual en el último DT_DEVC_LINE de la simulación. Un mismo archivo "line" puede contener más de una línea de datos. Por defecto, las columnas de coordenadas se etiquetan utilizando el ID del DEVC añadido con -x, -y o -z. Para cambiar estas etiquetas, utilice X_ID, Y_ID y/o Z_ID. Para suprimir las columnas de coordenadas por completo, añada HIDE_COORDINATES=.TRUE. a la línea DEVC. Esto es conveniente si tiene múltiples matrices de datos que utilizan las mismas coordenadas. Si desea que los datos se grafiquen en función de la distancia desde el origen, r = x2 + y2 + z2, proporcione la etiqueta R_ID. Guía de uso de FDS 120 120 Perfil variable en el tiempo Si no desea un perfil de estado estacionario, sino que sólo desea especificar una matriz de dispositivos espaciados uniformemente, puede utilizar una línea de entrada similar, excepto con el atributo adicional TIME_HISTORY. &DEVC XB=X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2, QUANTITY='U-VELOCITY', ID='vel', POINTS=20, TIME_HISTORY=.TRUE. / Esto hace que FDS sólo tenga que añadir 20 dispositivos a la lista en curso, evitándole tener que escribir 20 líneas DEVC. El ID de cada dispositivo será "vel-01", "vel-02", etc.. II.9.3. La namelist PROF. FDS utiliza una malla fina unidimensional en cada celda límite para calcular la transferencia de calor dentro de un sólido. Utilice la salida PROF para registrar las propiedades del sólido en todo el espesor. Los parámetros (Tabla 18.19) para especificar un Perfil dado son similares a los utilizados para especificar una cantidad de superficie en el grupo DEVC. XYZ designa el trillizo de coordenadas, QUANTITY es la cantidad física por monitorizar, IOR la orientación, e ID un string de identificación. He aquí un ejemplo de cómo usaría esta función para obtener un historial de tiempo de los perfiles de temperatura dentro de una obstrucción sólida dada: &PROF XYZ=..., QUANTITY='TEMPERATURA', ID='T-1',IOR=3 / Otras cantidades posibles son la densidad total de la pared (CANTIDAD = 'DENSIDAD') o las densidades de los componentes de material sólido (CANTIDAD = '[MATL_ID]'), donde MATL_ID es el nombre del material. Cada línea PROF crea un fichero separado. El formato del fichero producido por cada línea PROF incluye las coordenadas de nodo y la cantidad especificada cada DT_PROF s. Sin embargo, si especifica FORMAT_INDEX=2 en la línea PROF, el fichero resultante contendrá columnas que contienen sólo el conjunto final de coordenadas de nodo y valores de cantidad. Esto es útil para mostrar un perfil de temperatura de estado estacionario. II.9.4. La namelist SLCF. Los parámetros del grupo de lista de nombres SLCF ("slice file") (Tabla 18.24) le permiten registrar varias cantidades de fase gaseosa en más de un punto. Una "rebanada" se refiere a un subconjunto de todo el dominio. Puede ser una línea, un plano o un volumen, dependiendo de los valores de XB. El sextuplet XB indica los límites del plano "slice". XB se prescribe como en los grupos OBST o VENT, con la posibilidad de que 0, 2 ó 4 de los 6 valores sean iguales para indicar un volumen, plano o línea, respectivamente. Un truco práctico es especificar, por ejemplo, PBY=5.3 en lugar de XB si se desea que se guarde todo el plano y = 5.3 cortando a través del dominio. CENTRALITA y PBZ perpendiculares a los ejes x y z, respectivamente. 121 Por defecto, los archivos de cortes 1-D y 2-D se guardan NFRAMES veces por simulación. En la línea DUMP se puede controlar la frecuencia de salida con DT_SLCF. Si el "slice" es un volumen tridimensional, su frecuencia de salida es controlada por el parámetro DT_SL3D. Por defecto, FDS fija DT_SL3D=(T_END- T_BEGIN)/5. Puede especificar un valor diferente de DT_SL3D en DUMP. Tenga en cuenta que los archivos de cortes en 3D pueden llegar a ser extremadamente grandes si DT_SL3D es pequeño. Se pueden crear vectores animados en Smokeview si una línea SLCF dada tiene el atributo VECTOR=.TRUE. Si dos entradas SLCF están en el mismo plano, entonces sólo una de las líneas necesita tener VECTOR=.TRUE. De lo contrario, se creará un conjunto redundante de cortes de componentes de velocidad. Normalmente, el FDS promedia los datos de los archivos rebanados en las esquinas de las celdas. Por ejemplo, las temperaturas del gas se calculan en los centros de las celdas, pero se interpolan linealmente a las esquinas de las celdas y se envían a un archivo que lee Smokeview. Para evitar que esto suceda, configure CELL_CENTERED=.TRUE. Esto obliga al FDS a producir los datos reales centrados en la célula sin promediar. Tenga en cuenta que esta característica es principalmente útil para el diagnóstico, ya que le permite visualizar los valores que el FDS realmente calcula. Si CELL_CENTERED=.TRUE. se combina con VECTOR=.TRUE. se mostrarán las componentes de velocidad escalonadas. Por ejemplo, &SLCF PBY=0, QUANTITY='VELOCITY', VELOCITY=.TRUE., CELL_CENTERED=.TRUE. / mostrará los componentes de velocidad escalonados como vectores normales de la cara de la célula en Smokeview. La información del archivo de rebanada se registra en archivos (consulte la Sección 21.7) etiquetados como CHID_n.sf, donde n es el índice del archivo de rebanada. Un programa Fortran fds2ascii.f90 produce un archivo de texto a partir de una línea, plano o volumen de datos. Consulte la Sección 17.11 para más detalles. De forma predeterminada, Smokeview dejará en blanco los datos de los archivos en rebanadas dentro de las obstrucciones. Sin embargo, esto es caro de cargar al inicio en Smokeview para casos grandes. Si desea que Smokeview no almacene esta matriz de borrado, configure IBLANK_SMV=.FALSE. en MISC. Otra opción es ejecutar Smokeview desde la línea de comandos y añadir Opcional: no blanco II.9.5. La namelist BNDF. Los parámetros del grupo de lista de nombres BNDF ("archivo de límites") permiten registrar las cantidades de superficie en todas las obstrucciones sólidas. Al igual que con el grupo SLCF, cada cantidad se prescribe con una línea BNDF separada, y los archivos de salida son de la forma CHID_n.bf. Sin embargo, no es necesario especificar coordenadas físicas, sólo CANTIDAD. Ver Tabla 17.3. Para determinadas cantidades de salida, es necesario especificar parámetros adicionales mediante el grupo de lista de nombres PROP. En estos casos, añada el string PROP_ID a la línea BNDF para indicar al FDS dónde encontrar la información adicional necesaria. Tenga en cuenta que los archivos BNDF (Sección 21.9) pueden volverse muy grandes, así que tenga cuidado al prescribir el intervalo de tiempo, DT_BNDF en la línea DUMP. Una forma de reducir el tamaño del archivo de salida es desactivar el dibujo de la información de límites en las obstrucciones deseadas. En cualquier línea OBST dada, si se incluye la cadena BNDF_OBST=.FALSE., la obstrucción no se coloreará. Para desactivar todos los dibujos de límites, ajuste BNDF_DEFAULT=.FALSE. en la línea MISC. Entonces las obstrucciones individuales se pueden volver a activar con BNDF_OBST=.TRUE. en la línea OBST apropiada. Las caras individuales de una obstrucción dada pueden controlarse mediante BNDF_FACE(IOR), donde IOR es el índice de orientación (+1 para la dirección x positiva, -1 para la dirección negativa, y así sucesivamente). Normalmente, el FDS promedia los datos del archivo de límites en las esquinas de las celdas. Por ejemplo, las temperaturas de la superficie se calculan en el centro de cada celda de superficie, pero se interpolan linealmente a las esquinas de la celda y se envían a un archivo que Smokeview lee. Para evitar que esto suceda, ajuste CELL_CENTERED=.TRUE. en la línea BNDF. Esto obliga al FDS a producir los datos reales centrados en la Guía de uso de FDS 122 122 celda sin promediar. Tenga en cuenta que esta función es principalmente útil para el diagnóstico. A veces es útil renderizar la CANTIDAD integrada en el tiempo. Por ejemplo, un flujo de calor en unidades de kW/m2 puede ser integrado en el tiempo produciendo la energía total absorbida por la superficie en unidades de kJ/m2. Para ello, establezca ESTADÍSTICAS iguales a 'TIME INTEGRAL' en la línea BNDF. Tenga en cuenta que no hay otras opciones para ESTADÍSTICAS en una línea BNDF. II.9.6. La namelist ISOF. El grupo de lista de nombres ISOF ("ISOsurface File") crea contornos animados tridimensionales de cantidades escalares en fase gaseosa. Por ejemplo, una isosuperficie de temperatura 300 ◦C es una superficie tridimensional en la que la temperatura del gas es 300 ◦C. A través de la línea se pueden guardar tres valores diferentes de la temperatura: &ISOF CANTIDAD='TEMPERATURA', VALOR(1)=50., VALOR(2)=200., VALOR(3)=500. / donde los valores están en ◦C. Tenga en cuenta que los archivos de salida de isosuperficie CHID_n.iso pueden llegar a ser muy grandes, así que experimente con diferentes velocidades de muestreo (DT_ISOF en la línea DUMP). Cualquier cantidad de fase gaseosa puede ser animada a través de iso-superficies, pero tenga cuidado. Para renderizar una isosuperficie, la cantidad deseada debe ser calculada en cada celda de malla en cada paso de tiempo de salida. Para cantidades como ‘TEMPERATURA', esto no es un problema, ya que FDS lo calcula y lo guarda de todos modos. Sin embargo, las fracciones de volumen de especies demandan cantidades sustanciales de tiempo para computar en cada celda de malla. Recuerde incluir el SPEC_ID correspondiente a la CANTIDAD dada si es necesario. 123 III. Planos 124 124 III. PLANOS III.1. Planos de la nave: 125 III.2. Planos de los rociadores: IV. Códigos FDS 132 132 &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=64.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=64.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=64.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=64.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=64.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=64.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=61.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=61.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=61.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=61.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=61.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=61.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=61.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=61.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=58.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=58.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=58.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=58.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=58.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=58.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=58.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=58.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=55.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=55.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=55.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=55.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=55.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=55.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=55.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=55.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=51.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=52.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=52.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=52.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=52.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ 133 &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=52.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=52.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=52.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=49.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=49.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=49.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=49.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=49.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=49.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=49.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=49.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=46.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=46.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=46.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=46.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=46.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=46.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=46.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=46.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=43.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=43.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=43.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=43.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=43.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=43.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=43.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=43.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=40.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=40.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=40.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=40.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=40.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=40.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=40.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=40.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=37.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=37.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=37.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ IV. Códigos FDS 134 134 &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=37.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=37.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=37.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=37.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=37.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=34.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=34.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=34.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=34.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=34.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=34.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=34.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=34.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=31.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=31.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=31.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=31.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=31.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=31.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=31.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=31.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=28.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=28.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=28.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=28.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=28.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=28.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=28.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=28.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=25.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=25.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=25.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=25.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=25.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=25.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ 135 &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=25.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=25.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=22.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=22.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=22.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=22.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=22.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=22.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=22.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=22.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=19.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=19.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=19.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=19.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=19.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=19.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=19.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=19.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=16.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=16.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=16.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=16.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=16.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=16.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=16.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=16.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=13.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=13.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=13.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=13.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=13.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=13.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=13.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=13.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=10.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=10.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=10.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=10.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ IV. Códigos FDS 136 136 &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=10.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=10.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=10.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=10.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=7.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=7.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=7.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=7.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=7.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=7.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=7.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=7.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=4.,5.,9, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=4.,8.,9.25, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=4.,11.,9.5, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=4.,14.,9.65, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=4.,17.,9.85, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=4.,20.,10, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=4.,23.,10.15, PROP_ID='K-25'/ &DEVC ID='SPRINKLERS', XYZ=4.,26.,10.35, PROP_ID='K-25'/ ------------------------------------------------------------------DISPOSITIVOS------------------------------------------------ -------------------CAP 16 &DEVC XYZ=0.1,0.1,0.1, ID='timer1', SETPOINT= 6.0, QUANTITY='TIME', INITIAL_STATE=.FALSE./exutorios cerrados hasta 1MIN 30sec, XYZ da igual xq solo depende para la activacion. &DEVC XYZ=0.1,0.1,0.1, ID='timer2', SETPOINT= 900.0, QUANTITY='TIME', INITIAL_STATE=.FALSE./puertas se abren manualmente a los 30 mins --------------------------------------------------------------ATMÓSFERA Y VIENTOS------------------------------------- ---------------------------CAP 10 &WIND SPEED=5., DIRECTION=255./ -------------------------------------------------------------------MEDIDORES------------------------------------------------- -------------------- **En la tabla de 17.12 podemos ver los valores que se pueden obtener con SLCF **Se consideran como condiciones mínimas para la supervivencia: (a 2m de altura) 137 93ºC temp, CO del 15% &SLCF QUANTITY='VOLUME FRACTION', SPEC_ID='CARBON MONOXIDE', PBZ=2/ &SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=2, VECTOR=.TRUE./ **Se quiere tambien ver el perfil de temperaturas en 2 planos perpendiculares q se cortan sobre el fuego &SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBX=19, VECTOR=.TRUE./ &SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBY=13, VECTOR=.TRUE./ **visibilidad a la altura de los ojos &SLCF QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=2./ ** &SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBX=19/ &SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBX=21/ &SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBX=17/ &SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBY=13/ &SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBY=11/ &SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBY=15/ &SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBY=9/ &SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBY=17/ &SLCF QUANTITY='TEMPERATURE', PBZ=9/ &ISOF QUANTITY='TEMPERATURE', VALUE(1)=93./, VALUE(2)=70., VALUE(3)=50. / /&SLCF QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=1.8/ visibilidad a la altura de los ojos. &SLCF QUANTITY='VISIBILITY', PBZ=7.5/ visibilidad a la altura minima de la capa de humos **'VISIBILITY','VOLUME FRACTION', 'DENSITY',... ** Pueden estar en un punto o en un plano. **ISOF: para ver curvas animadas de valores fijos, por ejemplo, curvas donde la temp es 90ºC -------------------------------------------------------------------DUMP----------------------------------------------------------- ---------------CAP 17 **permite editar con la frecuencia con la q salen los parámetros y las salidas en gral. &TAIL/ V. Guía de usuario de SMV 138 138 V. GUÍA DE USUARIO DE SMV V.1. Introducción: Smokeview es una herramienta de software científico diseñada para visualizar predicciones numéricas generadas por el fuego. FDS y Smokeview se utilizan principalmente para modelar y visualizar fenómenos de incendios variables en el tiempo. FDS y Sin embargo, Smokeview no se limita a la simulación de incendios. Por ejemplo, se pueden utilizar estas aplicaciones para modelar otros fenómenos como el flujo de contaminantes en un edificio o el flujo de evacuación. Smokeview realiza visualizaciones mediante la visualización del flujo de partículas del trazador dependiente del tiempo, cortes de contorno animados de gas calculado y datos de superficie. Smokeview también presenta contornos y gráficos vectoriales de datos estáticos en cualquier lugar dentro de una escena de simulación a una hora fija. Varios ejemplos que utilizan estas técnicas para investigar incidentes de incendio son documentado en Ref. [8, 9, 10, 11]. Smokeview se utiliza antes, durante y después de la ejecución del modelo. Smokeview se utiliza en un paso de post-procesamiento para visualizar los datos del FDS después de que se haya completado un cálculo. También se puede utilizar Smokeview durante un cálculo para monitorear el progreso de una simulación y antes de un cálculo para configurar los archivos de entrada FDS más rápidamente. Figura 1.1 ofrece una visión general de cómo los archivos de datos utilizados por FDS, Smokeview y Smokezip, un programa utilizado para comprimir Los archivos de datos generados por FDS están relacionados V.2. Visualización de los datos: Smokeview visualiza los datos generados principalmente por FDS. Smokeview visualiza datos que son a la vez dinámicos y estáticos. Los datos dinámicos se visualizan animando el flujo de partículas (mostrando la ubicación y los valores de las trazadoras), cortes de contorno en 2D (tanto dentro del dominio como en superficies sólidas) 139 e isosuperficies en 3D. Contorno 2D también se pueden dibujar con vectores de color que utilizan datos de velocidad para mostrar la dirección, velocidad y valor del flujo. Los datos estáticos se visualizan de forma similar dibujando contornos 2D, gráficos vectoriales y superficies a nivel 3D. V.2.1. Partículas. Se pueden utilizar partículas lagrangianas o en movimiento (Sección 2.1) para visualizar el campo de flujo. A menudo estas partículas representan humo o gotas de agua. Las partículas también pueden utilizarse para representar a las personas cuando se modela el flujo de evacuación. Los datos de partículas también pueden ser visualizados como líneas de rayas (una partícula dibujada donde ha estado por un corto período de tiempo en el pasado). Las líneas de rayas son un buen método para mostrar el movimiento usando imágenes estáticas. V.2.2. Humo. Representación realista del volumen. El humo y el fuego (tasa de liberación de calor por unidad de volumen) se muestran de forma realista utilizando una serie de planos parcialmente transparentes (Sección 2.2). Las transparencias de humo se determinan utilizando densidades de humo calculadas por FDS. Las transparencias de los rociadores contra incendios y de los rociadores son determinado usando una heurística basada en la tasa de liberación de calor y los datos de densidad del agua, nuevamente calculados por FDS. Varios ajustes para la opción de humo 3D pueden ser se puede configurar mediante el cuadro de diálogo Humo 3D que se encuentra en el menú Diálogos>Límites de datos. La versión Windows de Smokeview utiliza la unidad de procesamiento gráfico (GPU) de la tarjeta de vídeo para realizar algunos de los cálculos. para visualizar el humo. V.2.3. Planos de representación de datos en 2D. Los gráficos animados de contorno de color sombreado en 2D (Sección 3.2) se utilizan para visualizar información de la fase gaseosa, como por ejemplo temperatura o densidad. Las gráficas de contorno se dibujan en planos horizontales o verticales a lo largo de cualquier coordenada. dirección. Los contornos también se pueden dibujar en tonos de gris. Los contornos sombreados también se pueden utilizar para visualizar información calculada sobre objetos sólidos (Sección 3.3). Estos contornos se conocen como archivos de contorno. Las gráficas animadas de contorno de color sombreado en 2D también se utilizan para visualizar cantidades de fase sólida como el flujo radiactivo o la tasa de liberación de calor por unidad de área. Los archivos de cortes vectoriales se pueden visualizar si se registran los archivos de cortes de velocidad U, V y W. Aunque son similares a las animaciones de contorno sombreadas sólidamente (los colores vectoriales son los mismos que los colores de contorno correspondientes), las animaciones vectoriales son mejores que las animaciones de contorno sólido para resaltar las características de flujo ya que los vectores acentúan la dirección en la que se produce el flujo. Se puede visualizar una región de datos en 3D utilizando archivos de cortes. Las lonchas se pueden desplazar de un plano a otro. al igual que con los archivos de Plot3D (usando las teclas de cursor arriba/abajo o las teclas de página arriba/página abajo). Las rebanadas en 3D también pueden se puede girar y/o desplazar haciendo doble clic y moviendo el ratón. Si también se pulsa la tecla CTRL o la tecla d (pulse y suelte la tecla d no la mantenga pulsada), el corte se mueve hacia arriba y hacia abajo. Si la tecla ALT o f es (presione y suelte la tecla f sin mantenerla presionada), la rebanada se moverá de lado a lado. De lo contrario, la rebanada gira. Los datos para los archivos de corte 3D se generan especificando una región 3D en lugar de una 2D con el &SLCF palabra clave. Los datos calculados en los centros celulares en lugar de interpolados en los nodos celulares pueden ser visualizados. Esto es útil para investigando algoritmos numéricos como los datos visualizados no han sido interpolados antes de ser vistos. V. Guía de usuario de SMV 140 140 V.2.4. Superficies de datos. Visualización en 3D. Las animaciones de superficie a nivel de superficie en isosuperficie o 3D (Sección 3.4) pueden utilizarse para representar los límites de la llama, las interfaces de las capas y varias otras variables de la fase gaseosa. Se pueden almacenar varios isóconos en un archivo, lo que permite a uno ver varios niveles de isosuperficie simultáneamente. V.3. Explorando los resultados: V.3.1. Obtención de datos. El usuario puede analizar y examinar los datos simulados alterando su apariencia para identificar más fácilmente características y comportamientos encontrados en los datos de simulación. Uno puede voltear o invertir el orden de los colores en él y también haga clic en la barra de color y deslice el ratón para resaltar los valores de los datos en la escena. Estos se pueden encontrar en el menú Opciones/Sombras. El usuario puede hacer clic en la barra de tiempo y deslizar el ratón para cambiar el tiempo de simulación mostrado. Un solo uso para los modos de selección de la barra de tiempo y la barra de color puede ser para determinar cuando el humo de una temperatura particular entra en una habitación. V.3.2. Filtrado de datos. El cuadro de diálogo Configuración de archivos/restricciones... permite establecer límites, cortar u ocultar datos y, en el caso de datos de archivos rebanados, el promedio de tiempo. (Capítulo 5) La función de corte de datos es útil para resaltar los datos. Un chorro de techo, por ejemplo, puede visualizarse ocultando datos de temperatura ambiente, datos por debajo de una temperatura prescrita. El uso de promedios de tiempo permite suavizar datos ruidosos en un intervalo de tiempo seleccionable por el usuario. V.3.3. Dar color a los datos. Múltiples barras de color están disponibles para mostrar los datos de simulación. Se pueden crear nuevas barras de color utilizando el editor de barras de color (Sección 9.2). Las barras de color se pueden adaptar para resaltar mejor los datos de simulación visualizados. Las regiones de la simulación con determinados valores de datos se pueden resaltar haciendo clic en la barra de color. V.3.5. Comparación de los datos. V.4. Explorando los resultados: V.4.1. Configuración de Motion/View/Render. 141 El cuadro de diálogo Movimiento/Ver/Renderizar se puede utilizar para permitir un control más preciso del movimiento y la orientación de la escena. Las teclas del cursor se han asignado a la traslación/rotación de la escena para permitir una fácil navegación dentro de la escena. Los puntos de vista pueden guardarse para un acceso posterior. El modo de movimiento de la primera persona o del ojo permite moverse por una escena de forma más realista (Sección 1.4.2). Con las teclas de cursor y el ratón, uno puede moverse por una escena virtualmente. V.4.2. Vistas en Stereo. Se ha implementado un método para la visualización de imágenes estéreo/3D que no requiere de un sistema especializado. equipos tales como gafas con obturador o tarjetas de vídeo habilitadas con búfer cuádruple (Sección 5.4.4). Par estéreo las imágenes se muestran una al lado de la otra después de invocar la opción con el cuadro de diálogo Estéreo o de pulsar la tecla "S". (en mayúsculas). Aparece una vista en 3D al relajar los ojos, permitiendo que las dos imágenes se fusionen en una sola. Pulsando de nuevo la tecla "S" se obtienen vistas estéreo generadas por la visualización de las versiones roja y azul de la pantalla. escena. Para ver la imagen se necesitan gafas con una lente izquierda roja y una lente derecha azul. V.4.3. Recorte de escena. A menudo es difícil visualizar los datos en geometrías complicadas debido al número de superficies obstruidas. Las partes interiores de la escena se pueden ver más fácilmente si se recorta parte de la escena. (Sección 5.7) El recorte discutido anteriormente ocurre en 3D dentro de la escena. Una captura de pantalla convertida a un archivo PNG o JPEG también se puede recortar o recortar utilizando la parte Renderizar del cuadro de diálogo Motion/View/Renderizar. V.5. Automatizando la visualización. V.5.1. Tour virtual. Se puede especificar una serie de puntos de control o cuadros clave que especifiquen la posición y la dirección de la vista. (Capítulo 7) Se calcula una trayectoria suave usando splines de Kochanek-Bartels[22] para pasar a través de estos fotogramas clave de modo que uno puede controlar la posición y la dirección de visión de un observador a medida que se mueve a través de la simulación. Uno puede y luego ver la simulación como lo haría el observador. Esta opción está disponible en el menú Tour. Existentes se pueden editar las rondas y crear nuevas rondas utilizando el cuadro de diálogo Rondas que se encuentra en Diálogos>Ver menú. Los ajustes de la ronda se almacenan en el archivo de configuración local (casename.ini). V.5.2. Secuencia de comandos. Smokeview puede ejecutarse en modo desatendido utilizando las instrucciones que se encuentran en un archivo de script. (Capítulo 8) Estas instrucciones dirigen a Smokeview a cargar archivos de datos, archivos de configuración, establecer puntos de vista y valores de tiempo para documentar un caso mediante la renderización de la escena Smokeview en uno o más archivos de imagen. El archivo de script puede ser creado por Smokeview a medida que el usuario realiza varias acciones o puede ser creado editando un archivo de texto.