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Modelamiento de Incendio
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1MODELAMIENTO DEINCENDIOS:
BASURA ENTRE BASURA SALE
Ing. Wolfram Jahn, PhD
2Introduccin
La estrategia de manejo de humos depende de lageometra. Difcil de estandarizar. No es posible un diseo prescriptivo. Se necesitan soluciones de ingeniera! Modelamiento computacional de Incendios
2Introduccin
La estrategia de manejo de humos depende de lageometra. Difcil de estandarizar. No es posible un diseo prescriptivo. Se necesitan soluciones de ingeniera! Modelamiento computacional de Incendios
2Introduccin
La estrategia de manejo de humos depende de lageometra. Difcil de estandarizar. No es posible un diseo prescriptivo. Se necesitan soluciones de ingeniera! Modelamiento computacional de Incendios
2Introduccin
La estrategia de manejo de humos depende de lageometra. Difcil de estandarizar. No es posible un diseo prescriptivo. Se necesitan soluciones de ingeniera! Modelamiento computacional de Incendios
2Introduccin
La estrategia de manejo de humos depende de lageometra. Difcil de estandarizar. No es posible un diseo prescriptivo. Se necesitan soluciones de ingeniera! Modelamiento computacional de Incendios
3Introduccin
4Decisiones a tomar
Qu tipo de Modelo de Incendio?
4Decisiones a tomar
Qu tipo de Modelo de Incendio? 0-D Correlaciones empricas (por ejemplo el
modelo del penacho de Heskestad).
4Decisiones a tomar
Qu tipo de Modelo de Incendio? 0-D Correlaciones empricas (por ejemplo el
modelo del penacho de Heskestad).
1-D Modelo de Zonas.
4Decisiones a tomar
Qu tipo de Modelo de Incendio? 0-D Correlaciones empricas (por ejemplo el
modelo del penacho de Heskestad).
1-D Modelo de Zonas.
3-D Dynamica de Fluidos Computacional (CFD).
4Decisiones a tomar
Qu tipo de Modelo de Incendio? 0-D Correlaciones empricas (por ejemplo el
modelo del penacho de Heskestad).
1-D Modelo de Zonas.
3-D Dynamica de Fluidos Computacional (CFD).
Qu Fuego? Fuego de diseo basado en el uso, la geometra y la
carga de combustible.
4Decisiones a tomar
Qu tipo de Modelo de Incendio? 0-D Correlaciones empricas (por ejemplo el
modelo del penacho de Heskestad).
1-D Modelo de Zonas.
3-D Dynamica de Fluidos Computacional (CFD).
Qu Fuego? Fuego de diseo basado en el uso, la geometra y la
carga de combustible.
5Eleccin de Modelo
La eleccin de un modelo de fuego no necesariamente esexclusiva: Posiblemente se use CFD y correlaciones.
5Eleccin de Modelo
Para el fuego de diseo hay que aplicar ingeniera
No existe una solucin nica y verdadera.
La eleccin de un modelo de fuego no necesariamente esexclusiva: Posiblemente se use CFD y correlaciones.
6Fuego de diseo
CIBSE Guide E
6Fuego de diseo Modelo de crecimiento ms aceptado: fuego de t2
6Fuego de diseo Modelo de crecimiento ms aceptado: fuego de t2
Q = t2
6Fuego de diseo Modelo de crecimiento ms aceptado: fuego de t2
depende del tipo de combustible.Q = t2
6Fuego de diseo Modelo de crecimiento ms aceptado: fuego de t2
Categorizado (y tabulado) de acuerdo al uso:habitacional, oficina, almacenes etc
depende del tipo de combustible.Q = t2
6Fuego de diseo Modelo de crecimiento ms aceptado: fuego de t2
Q mxima depende de la cantidad de combustible, dela ventilacin y de existencia de proteccin activa.
Categorizado (y tabulado) de acuerdo al uso:habitacional, oficina, almacenes etc
depende del tipo de combustible.Q = t2
6Fuego de diseo Modelo de crecimiento ms aceptado: fuego de t2
Ingeniera..
Q mxima depende de la cantidad de combustible, dela ventilacin y de existencia de proteccin activa.
Categorizado (y tabulado) de acuerdo al uso:habitacional, oficina, almacenes etc
depende del tipo de combustible.Q = t2
7Fuego de diseo
CIBSE Guide E
Karlsson Enclosure Fire Dynamics
7Fuego de diseo
CIBSE Guide E
7Fuego de diseoLa tasa de liberacin de calor mxima (Qmax) y la duracindel fuego se deben estimar basado en los siguientescriterios:
7Fuego de diseo
Condicin de ventilacin (si ocurri flashover)
La tasa de liberacin de calor mxima (Qmax) y la duracindel fuego se deben estimar basado en los siguientescriterios:
7Fuego de diseo
Carga de combustible y densidad de combustible (siflashover no ha ocurrido)
Condicin de ventilacin (si ocurri flashover)
La tasa de liberacin de calor mxima (Qmax) y la duracindel fuego se deben estimar basado en los siguientescriterios:
7Fuego de diseo
Juicio tnico Carga de combustible y densidad de combustible (si
flashover no ha ocurrido)
Condicin de ventilacin (si ocurri flashover)
La tasa de liberacin de calor mxima (Qmax) y la duracindel fuego se deben estimar basado en los siguientescriterios:
7Fuego de diseo
Indicaciones y guas se pueden encontrar en la literaturatcnica: CIBSE Guide E, SFPE Handbook o NFPA.
Juicio tnico Carga de combustible y densidad de combustible (si
flashover no ha ocurrido)
Condicin de ventilacin (si ocurri flashover)
La tasa de liberacin de calor mxima (Qmax) y la duracindel fuego se deben estimar basado en los siguientescriterios:
8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar algunas caractersticas interesantes:
8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar algunas caractersticas interesantes:
Aire por arrastre Volumen del humo
8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar algunas caractersticas interesantes:
Aire por arrastre Volumen del humo
ment = E
g2
Tcp
Q1/3c (z z0)5/3
1 +
GQ2/3c
(g1/2cpT)2/3(zz0)5/3
8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar algunas caractersticas interesantes:
Temperatura del penacho
Aire por arrastre Volumen del humo
ment = E
g2
Tcp
Q1/3c (z z0)5/3
1 +
GQ2/3c
(g1/2cpT)2/3(zz0)5/3
8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar algunas caractersticas interesantes:
Temperatura del penacho
Aire por arrastre Volumen del humo
ment = E
g2
Tcp
Q1/3c (z z0)5/3
1 +
GQ2/3c
(g1/2cpT)2/3(zz0)5/3
Thmo = T +Qc
mentcp
8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar algunas caractersticas interesantes:
Velocidad en el penacho Temperatura del penacho
Aire por arrastre Volumen del humo
ment = E
g2
Tcp
Q1/3c (z z0)5/3
1 +
GQ2/3c
(g1/2cpT)2/3(zz0)5/3
Thmo = T +Qc
mentcp
8Algunos clculos simples
Una vez definido el fuego de diseo, Q(t), se puedenestimar algunas caractersticas interesantes:
Velocidad en el penacho Temperatura del penacho
Aire por arrastre Volumen del humo
ment = E
g2
Tcp
Q1/3c (z z0)5/3
1 +
GQ2/3c
(g1/2cpT)2/3(zz0)5/3
Thmo = T +Qc
mentcp
hmo = 3,4
gTcp
1/3Q1/3c (z z0)1/3
9Para qu ir ms lejos?
Las ecuaciones anteriores no funcionan muy bien enespacios cerrados.
9Para qu ir ms lejos?
Clculos de transferencia de calor a la estructura.
Las ecuaciones anteriores no funcionan muy bien enespacios cerrados.
9Para qu ir ms lejos?
Requiere modelos ms sofisticados. Clculos de transferencia de calor a la estructura.
Las ecuaciones anteriores no funcionan muy bien enespacios cerrados.
9Para qu ir ms lejos?
Si se requiere resolucin espacial (por ejemploubicacin de puntos de extraccin), hay que usarmodelos de campo (CFD).
Requiere modelos ms sofisticados. Clculos de transferencia de calor a la estructura.
Las ecuaciones anteriores no funcionan muy bien enespacios cerrados.
10
CFD Mtodo numrico para resolver Dinmica de Fluidos.
10
CFD
Humo es solamente una de las aplicaciones posibles. Mtodo numrico para resolver Dinmica de Fluidos.
10
CFD
Se calculan caractersticas del flujo temperatura,velocidad, composicin.
Humo es solamente una de las aplicaciones posibles. Mtodo numrico para resolver Dinmica de Fluidos.
10
CFD
El fuego y otras condiciones de borde deben serdefinidos basado en el edificio especfico bajo anlisis.
Se calculan caractersticas del flujo temperatura,velocidad, composicin.
Humo es solamente una de las aplicaciones posibles. Mtodo numrico para resolver Dinmica de Fluidos.
10
CFD
El fuego y otras condiciones de borde deben serdefinidos basado en el edificio especfico bajo anlisis.
Se calculan caractersticas del flujo temperatura,velocidad, composicin.
Humo es solamente una de las aplicaciones posibles. Mtodo numrico para resolver Dinmica de Fluidos.
El resultado del anlisis es tan bueno como la definicin delproblema (en el mejor de los casos).
11
CFDSoftware usado: Fire Dynamics Simulator (FDS): Desarrollado y
mantenido por el Insitute of Standards and Technology(NIST) de los EE.UU.
FireFOAM: Software de cdigo abierto basado enOpenFOAM, mantenido por FM Global.
CFX: Software comercial desarrollado por ANSYS.Licencias se pueden arrendar de acuerdo a uso.
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CFDSoftware usado: Fire Dynamics Simulator (FDS): Desarrollado y
mantenido por el Insitute of Standards and Technology(NIST) de los EE.UU.
FireFOAM: Software de cdigo abierto basado enOpenFOAM, mantenido por FM Global.
CFX: Software comercial desarrollado por ANSYS.Licencias se pueden arrendar de acuerdo a uso.
11
CFDSoftware usado: Fire Dynamics Simulator (FDS): Desarrollado y
mantenido por el Insitute of Standards and Technology(NIST) de los EE.UU.
FireFOAM: Software de cdigo abierto basado enOpenFOAM, mantenido por FM Global.
CFX: Software comercial desarrollado por ANSYS.Licencias se pueden arrendar de acuerdo a uso.
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CFDSoftware usado: Fire Dynamics Simulator (FDS): Desarrollado y
mantenido por el Insitute of Standards and Technology(NIST) de los EE.UU.
FireFOAM: Software de cdigo abierto basado enOpenFOAM, mantenido por FM Global.
CFX: Software comercial desarrollado por ANSYS.Licencias se pueden arrendar de acuerdo a uso.
12
Algo sobre FDSDesarrollado y mantenido por Kevin McGrattan del NIST paraexaminar el movimiento de humo en espacios cerrados tales comoatrios, espacios de exhibicin, bodegas de almacenamiento,tneles, etc.
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Algo sobre FDSDesarrollado y mantenido por Kevin McGrattan del NIST paraexaminar el movimiento de humo en espacios cerrados tales comoatrios, espacios de exhibicin, bodegas de almacenamiento,tneles, etc.
FDS consiste de
Solver de Navier-Stokes Modelo de Turbulencias Modelo de Combustin Modelo de Radiacin Transferencia de calor a los bordes
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Algo sobre FDS FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,
adecuada para flujos impulsados por flotacin.
13
Algo sobre FDS
Discretizacin por Diferencias Finitas sobre una mallarectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada para flujos impulsados por flotacin.
13
Algo sobre FDS
Large Eddy Simulation (o DNS si se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada para flujos impulsados por flotacin.
13
Algo sobre FDS
Vrtices grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation (o DNS si se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada para flujos impulsados por flotacin.
13
Algo sobre FDS
Vrtices a escala menor son aproximados (Smagorinsky). Vrtices grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation (o DNS si se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada para flujos impulsados por flotacin.
13
Algo sobre FDS
Vrtices a escala menor son aproximados (Smagorinsky). Vrtices grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation (o DNS si se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada para flujos impulsados por flotacin.
Modelo de fraccin de Mezcla:
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Algo sobre FDS
Tasa de combustin infinita.
Vrtices a escala menor son aproximados (Smagorinsky). Vrtices grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation (o DNS si se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada para flujos impulsados por flotacin.
Modelo de fraccin de Mezcla:
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Algo sobre FDS
Dos maneras de modelar un fuego: Tasa de combustin infinita.
Vrtices a escala menor son aproximados (Smagorinsky). Vrtices grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation (o DNS si se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada para flujos impulsados por flotacin.
Modelo de fraccin de Mezcla:
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Algo sobre FDS
TLC prescrita. Dos maneras de modelar un fuego: Tasa de combustin infinita.
Vrtices a escala menor son aproximados (Smagorinsky). Vrtices grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation (o DNS si se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada para flujos impulsados por flotacin.
Modelo de fraccin de Mezcla:
13
Algo sobre FDS
TLC prescrita. "Propagacin". Dos maneras de modelar un fuego: Tasa de combustin infinita.
Vrtices a escala menor son aproximados (Smagorinsky). Vrtices grandes se resuelven directamente. Large Eddy Simulation (o DNS si se desea) para las turbulencias: Discretizacin por Diferencias Finitas sobre una malla
rectangular.
FDS resuelve una versin simplificada de Navier-Stokes,adecuada para flujos impulsados por flotacin.
Modelo de fraccin de Mezcla:
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Algo sobre FDS Gratis (Descargar de https://code.google.com/p/fds-smv/).
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Algo sobre FDS Gratis (Descargar de https://code.google.com/p/fds-smv/).
Muy fcil de usar.
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Algo sobre FDS Gratis (Descargar de https://code.google.com/p/fds-smv/).
Si se usa con cuidado y conocimiento, es una herramienta muypoderosa.
Muy fcil de usar.
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Algo sobre FDS Gratis (Descargar de https://code.google.com/p/fds-smv/).
Potencialmente peligroso si se abusa, o se usa sin anlisiscorrespondiente de resultados.
Si se usa con cuidado y conocimiento, es una herramienta muypoderosa.
Muy fcil de usar.
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Algo sobre FDS Gratis (Descargar de https://code.google.com/p/fds-smv/).
Por ejemplo interaccin FuegoRociadores NO FUNCIONA!!
Potencialmente peligroso si se abusa, o se usa sin anlisiscorrespondiente de resultados.
Si se usa con cuidado y conocimiento, es una herramienta muypoderosa.
Muy fcil de usar.
15
Use CFD con cuidado... Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
15
Use CFD con cuidado...
La mayora requiere un conocimiento avanzado de matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
15
Use CFD con cuidado...
La mayora requiere un conocimiento avanzado de matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
Todos tienen un valor por defecto...as que no es necesarioajustarlos.
15
Use CFD con cuidado...
La mayora requiere un conocimiento avanzado de matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
Todos tienen un valor por defecto...as que no es necesarioajustarlos.
15
Use CFD con cuidado...
FDS ofrece varios accesorios que en realidad no funcionan(propagacin de fuego, rociadores).
La mayora requiere un conocimiento avanzado de matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
Todos tienen un valor por defecto...as que no es necesarioajustarlos.
15
Use CFD con cuidado...
No hay convergencia de malla!! FDS ofrece varios accesorios que en realidad no funcionan
(propagacin de fuego, rociadores).
La mayora requiere un conocimiento avanzado de matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
Todos tienen un valor por defecto...as que no es necesarioajustarlos.
15
Use CFD con cuidado...
Es comn obtener resultados no-fsicos, pero muchas veces nose reconoce.
No hay convergencia de malla!! FDS ofrece varios accesorios que en realidad no funcionan
(propagacin de fuego, rociadores).
La mayora requiere un conocimiento avanzado de matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
Todos tienen un valor por defecto...as que no es necesarioajustarlos.
15
Use CFD con cuidado...
Ejemplo: Llamas en aperturas. Es comn obtener resultados no-fsicos, pero muchas veces no
se reconoce.
No hay convergencia de malla!! FDS ofrece varios accesorios que en realidad no funcionan
(propagacin de fuego, rociadores).
La mayora requiere un conocimiento avanzado de matemticasnumricas.
Cientos de parmetros pueden ser ajustados.
Todos tienen un valor por defecto...as que no es necesarioajustarlos.
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Use CFD con cuidado...
Regla General: GIGO!
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Use CFD con cuidado...
Regla General: GIGO!
Garbage In Garbage Out(Basura Entra Basura Sale)
16
Algunos Ejemplos
Ejemplo 1
Videos, fotos etc
16
Algunos Ejemplos
Ejemplo 2
Videos, fotos etc
17
Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial para diseo
basado en desempeo.
17
Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial para diseo
basado en desempeo.
Hay bastante software de buena calidad disponible a costocero.
17
Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial para diseo
basado en desempeo.
No es la respuesta a todo problema. Hay bastante software de buena calidad disponible a costo
cero.
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Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial para diseo
basado en desempeo.
No es la respuesta a todo problema. Hay bastante software de buena calidad disponible a costo
cero.
Los modelos no hacen el trabajo por nosotros son unaherramienta.
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Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial para diseo
basado en desempeo.
No es la respuesta a todo problema. Hay bastante software de buena calidad disponible a costo
cero.
Los modelos no hacen el trabajo por nosotros son unaherramienta. Hay que saber de incendios para poder usarlos.
17
Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial para diseo
basado en desempeo.
No es la respuesta a todo problema.
Requieren de un conocimiento profundo de dinmica defuego y de matemticas numricas.
Hay bastante software de buena calidad disponible a costocero.
Los modelos no hacen el trabajo por nosotros son unaherramienta. Hay que saber de incendios para poder usarlos.
17
Conclusiones Modelamiento de incendios tiene un gran potencial para diseo
basado en desempeo.
No es la respuesta a todo problema.
Requieren de un conocimiento profundo de dinmica defuego y de matemticas numricas.
Hay bastante software de buena calidad disponible a costocero.
Los modelos no hacen el trabajo por nosotros son unaherramienta. Hay que saber de incendios para poder usarlos.
GIGO!
18
GRACIASPOR SU
ATENCION
Ing. Wolfram Jahn, PhDRaindance Science Inc.Santiago de [email protected]