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Modelado y Simulación Computacional
de Incendios y Evacuación
Federico Latosinski
Seguridad Humana
¿Qué es el modelado y simulación computacional
de seguridad contra incendios?
Es una disciplina perteneciente a la ingeniería de seguridad contra
incendios en la cual construimos una representación simplificada y lógica de
un sistema para describir su funcionamiento y analizar su desempeño.
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
• Edificaciones
• Instalaciones
industriales
• Centrales de
transporte
• Trenes
• Metro
• Buques
• Aviones
• Buses
¿Dónde aplicar estas herramientas?
ES POSIBLE
EVALUAR EL
DESEMPEÑO DE
LOS SISTEMAS DE
SEGURIDAD
CONTRA
INCENDIOS
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
RSET: Required Safe Egress Time
ASET: Available Safe Egress Time
SM: Safety Margin
ASET
TA
TE
RSET SM
ASET vs RSET
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
CASO DE ANALISIS
EDIFICIO RESTAURANTE Y SPA
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
OBJETIVO: EVALUAR ASET Y RSET
CASO DE ANALISIS
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
HIPOTESIS
INCENDIO GENERADO EN PLANTA RESTAURANTE
POR HELADERA DEL BAR
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
Fire Dynamics Simulator + SmokeView
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
Software de simulación de incendios de campo,
solución matemática tridimensional en función del
tiempo de las leyes de conservación.
DATOS DE ENTRADA
Dr. Mariano Lázaro Urrutia caracterizando el comportamiento de un material frente al
fuego FPA en los laboratorios del grupo GIDAI, Santander, España.
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
0
50
100
150
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
HR
R (
kW
/m2)
Tiempo (s)
Material 50 kW/m2
Muestra_1 Muestra_2 Muestra_3 Promedio
FUENTE DE IGNICION
*VTT Technical Research Center of Finland
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
TAMAÑO DE CELDA
El tamaño de celdas permite generar un equilibrio entre la precisión del cálculo y el
tiempo de cómputo computacional.
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
El HRRmax extraído del test KL1
corresponde con 2100 kW.
D*: 1,2902 m
D*/5: 0,25 m
D*/10: 0,12 m
D*/20: 0,06 m
El tamaño definido es de 0,1 m.
El número total de celdas para el
edificio a analizar es de 2.239.082
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
Concrete
Se utiliza la biblioteca Pyrosim , el mismo posee validación múltiple por parte
de ATF-NIST, corresponde con NBSIR 88-3752.
Densidad: 2280 kg/m3
Calor específico: 1.04 kJ/kgK
Conductividad térmica: 1.8 W/mK
Emisividad: 0.9
Coeficiente de absorción: 5 x 104 /m
Este material se utiliza para construcción de los muros exteriores, suelo,
escaleras, columnas y los muros de los huecos de escalera y ascensores.
Duraluminio
Los datos de este material provienen de la base datos de la tabla A.27 de la 5ª edición del manual de protección contra incendios SFPE.
Densidad: 2787 kg/m3
Calor específico: 0.883 kJ/kgK
Conductividad térmica: 164 W/mK
Emisividad: 0.9
Coeficiente de absorción: 5 x 104 /m
Este material es utilizado para construir las mesadas de acero inoxidable y cocinas, solamente se construye para la simulación algunas de ellas ya que
no hay prácticamente otros objetos además de la geometría y la fuente de incendio primaria en la simulación. Se desestima el impacto térmico en el
recinto al no estar estos elementos presentes.
Vidrio
El material vidrio surge de la combinación de los datos del silicato de calcio y del vidrio
obtenidos del libro Introduction to Fire Dynamics 3ª edición de Dougal Drysdale.
Densidad: 2700 kg/m3
Calor específico: 0.84 kJ/kgK
Conductividad térmica: 0.76 W/mK
Emisividad: 0.9
Coeficiente de absorción: 5 x 104 /m
Este material es utilizado para construir los marcos de las ventanas y la puerta de acceso de
recepción.
MATERIALES
DATOS DE SALIDA
Temperatura
Fracción molar volumétrica oxígeno
Fracción molar volumétrica dióxido de carbono
Fracción molar volumétrica monóxido de carbono
Visibilidad
FED (Fractional Effective Dose)
Tiempo de activación detector de humo
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
DATOS DE SALIDA
0
20
40
60
80
100
120
0 100 200 300 400 500 600
Temperaturas Sala de Juegos
C Temperatura zjogo 0.7 C Temperatura zjogo 1.8 C Temperatura zjogo 2.4
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
DATOS DE SALIDA
0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
0 100 200 300 400 500 600
FED Sala de Juegos
FED zjogo 1.8 FED zjogo 0.7
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
T: 42 seg.
T: 592 seg.
T: 395 seg.
DATOS DE SALIDA
HUMOS
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
T: 359 seg.
DATOS DE SALIDA
VISIBILIDAD 1.80 M
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
T: 401 seg.
DATOS DE SALIDA
TEMPERATURA
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
EVACUACION
Programa de modelación de evacuación
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
SOFTWARE
A review of building evacuation models, 2nd edition.
Technical notes 1680, NIST.
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
SALIDAS
PISO 1
PISO 0
PISO -1
PISO -2
ESCALERA
PRINCIPAL
ESCALERA
PRINCIPAL
ESCALERA
PRINCIPAL
ESCALERA
DE
SERVICIO
ESCALERA
DE
SERVICIO
ESCALERA
DE
SERVICIO
SALIDA P0
SALIDA SERVICIO
P-2
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
DATOS DE ENTRADA
Velocidad de desplazamiento en superficie plana
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
Edad Sexo Velocidad Promedio (m/s) Desvío Estándar
20-30 M 1.39 0.33
OCUPANTES
Tipo Cantidad (p) y población Población
Mantenimiento 4 Hombre 30-50
Maestranza 9 Mujer 30-50
Cocinero 6 Hombre 30-50
Masajistas mujer 6 Mujer +50
Masajista hombre 6 Hombre +50
Profesor educación física 3 Hombre -30
Recepcionista 1 Mujer -30
Mozos 3 Hombre -30
Terapeutas 6 Hombre 30-50
Total de empleados 41 personas
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
OCUPANTES
Población Porcentaje Cantidad (p)
Mujer 30-50 10 12
Mujer +50 20 27
Mujer +50 MI 1 20 27
Hombre 30-50 10 12
Hombre +50 20 27
Hombre +50 MI 1 20 27
Total clientes 132 personas
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
VELOCIDADES
International Maritime Organization
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
TIEMPOS DE PRE EVACUACION
British Standars PD 7974-6:2004
1º percentil 99º percentil
Tiempo de alarma (segundos) 180 180
Tiempo PD 7974 (segundos) 60 180
Penalización (segundos) 30 30
Tiempo pre evacuación
(segundos)
270 390
Tiempo pre evacuación SJ
(segundos)
70 90
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
*Alarma evacuación general 180 segundos
DATOS DE SALIDA
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
0
50
100
150
200
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
OCUPANTES SIMULACION Nº 01
16 personas
quedan
atrapadas
10
12
14
16
18
20
22
24
1 6 11 16 21 26
PERSONAS ATRAPADAS 30 SIMULACIONES
PROMEDIO 18 PERSONAS ATRAPADAS
DATOS DE SALIDA
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
Visualización 3D Pathfinder + SmokeView
SISTEMA DE DETECCION
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 100 200 300 400 500 600
DETECTOR DE HUMO FOTOELECTRICO
Detector de humos fotoeléctrico umbral 2.84 %/m
Ta: 82 seg.
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
NUEVOS TIEMPOS DE PRE
EVACUACION
British Standars PD 9794-6:2004
1º percentil 99º percentil
Tiempo de alarma (segundos) 82 82
Tiempo PD 7974 (segundos) 30 120
Penalización (segundos) 30 30
Tiempo pre evacuación
(segundos)
142 232
Tiempo pre evacuación SJ
(segundos)
70 90
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
NUEVOS DATOS DE SALIDA
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
OCUPANTES SIMULACION Nº 01
Media 435.8 segundos
Desvío estándar 25.8 segundos
Rango 97 segundos
Percentil 95 471.6 segundos
TIEMPOS DE EVACUACION 30 SIMULACIONES
NUEVOS DATOS DE SALIDA
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
250
270
290
310
330
350
0 5 10 15 20 25 30 35
ASET vs RSET PLANTA 0
RSET
ASET
MARGEN DE
SEGURIDAD 60
SEGUNDOS
MODELADO Y SIMULACION COMPUTACIONAL
¿PREGUNTAS?
www.ingenieriasegura.com.ar
MUCHAS GRACIAS!!!
Mg.Lic. Federico Latosinski, MSFPE
