Introducción
En las simulaciones de incendio mediante CFD (p. ej. FDS), es habitual representar el fuego a partir de una curva de potencia calorífica (HRR) en función del tiempo. Sin embargo, elegir dicha curva no siempre es sencillo, especialmente cuando se busca reflejar con realismo la propagación del fuego en objetos adyacentes y el efecto de la extinción con agua.
Este artículo resume un estudio para definir curvas de fuego basadas en ensayos experimentales (NIST) y exponer cómo se pueden aplicar estas curvas, junto con parámetros de ignición y extinción en FDS, para predecir de forma consistente la evolución del incendio.
Curvas de potencia calorífica ajustadas a ensayos
Ensayo individual (Test 25)
Se trata de una caja de cartón con copas de poliestireno, donde la curva de HRR crece y decrece de forma característica.
- Con una superficie quemadora («burner») y una curva (RAMP) definida por puntos, la representación es directa: el fuego inicia y crece tal como en el ensayo.
- Para simularlo con una caja real (que no arde al instante sino al superar su temperatura de ignición), fue necesario ajustar parámetros como la IGNITION_TEMPERATURE (~350 °C) y la HRRPUA (~625 kW/m²). Esto permitió reproducir la curva experimental.
Ensayos múltiples (Tests 26, 27 y 28)
Se repite la caja en distintas configuraciones (2, 4 u 8 cajas). Aun teniendo una HRR máxima por caja, la potencia total no es una simple suma, pues hay caras de las cajas adosadas que no llegan a arder completamente.
FDS permite reflejar la propagación mediante ignición por temperatura en cada celda, respetando la curva individual definida y la disposición real de las cajas. Esta metodología resulta especialmente útil en estudios de diseño prestacional donde se requiere precisión en la modelización.
Efecto de la extinción con agua
Una vez se ha definido la potencia calorífica de cada objeto (caja), puede introducirse la extinción por rociadores. Existen dos modos principales en FDS:
Coeficiente de extinción (E)
- Basado en ensayos como los de Madrzykowski & Vettori, Evans o Yu, Lee & Kung, que proponen una relación exponencial de descenso de la curva de HRR tras la descarga de agua.
- El factor E (en m²/(kg·s)) depende de la densidad de agua (l/min·m²) y de la clase del material (p. ej., plásticos Grupo A).
Para comprender mejor los fundamentos teóricos de la extinción, se recomienda consultar el SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, referencia internacional en ingeniería de protección contra incendios.
Temperatura de extinción
- Se especifica un valor de EXTINCTION_TEMPERATURE por debajo del cual el fuego deja de sostenerse.
- Es un método sencillo y «automático» en FDS, aunque menos detallado que el coeficiente de extinción.
Estos enfoques permiten estimar cómo decaerá la potencia calorífica en función de la densidad de agua aplicada y las características del material combustible.
Conclusiones principales
Curvas consistentes y escalables
A partir de un ensayo experimental de una carga sencilla (p. ej., caja de cartón con poliestireno), se puede definir una curva de fuego realista que, combinada con la temperatura de ignición, predice la propagación a objetos similares en distintas configuraciones.
Parámetros de ignición y extinción
- Ajustar la IGNITION_TEMPERATURE y la HRRPUA permite reflejar la fase de inicio y crecimiento del fuego.
- Incluir un coeficiente de extinción o una temperatura de extinción en FDS reproduce la fase de decaimiento del incendio al descargar agua.
Aplicabilidad en estudios prestacionales
Estos criterios ayudan a refinar los modelos de incendio en proyectos de ingeniería prestacional, incorporando datos reales de laboratorio y contemplando efectos de control o extinción.
Para saber más
El artículo completo detalla los parámetros y ecuaciones de cada ensayo, así como las validaciones y referencias bibliográficas (SFPE Handbook, NIST Technical Notes, etc.). Para quien desee profundizar en la simulación de incendios con modelos CFD y la definición de curvas a partir de ensayos, se recomienda consultar:
- NIST Technical Note 2102, «Heat Release Rates of Multiple Transient Combustibles»
- SFPE Handbook of Fire Protection Engineering (capítulo 26: «Heat Release Rates»)
En definitiva, modelar el fuego a partir de datos experimentales y ajustar la extinción con agua mediante coeficientes apropiados o temperaturas de corte puede mejorar notablemente la fidelidad de las simulaciones. Este enfoque brinda un marco más sólido para decisiones de diseño y evaluación prestacional en ingeniería de protección contra incendios.
Preguntas Frecuentes sobre modelado del fuego
¿Qué es la curva HRR en simulaciones de incendio?
La curva HRR (Heat Release Rate) o potencia calorífica representa la potencia del fuego en función del tiempo en simulaciones CFD como FDS. Es el elemento fundamental de la simulación, ya que define cómo evoluciona el incendio, generando llamas, temperaturas elevadas y velocidades de los gases. Esta curva puede definirse a partir de ensayos experimentales para reflejar con realismo la propagación del fuego.
¿Cómo se ajustan los parámetros de ignición en FDS?
Para simular objetos reales que no arden al instante, es necesario ajustar parámetros como la IGNITION_TEMPERATURE (temperatura de ignición, típicamente ~350 °C para cartón) y la HRRPUA (potencia calorífica por unidad de área, ~625 kW/m² para materiales similares). Estos parámetros permiten que el objeto comience a arder al superar su temperatura crítica, reproduciendo así la curva experimental con mayor fidelidad.
¿Qué métodos existen para modelar la extinción con agua en FDS?
Existen dos métodos principales en FDS: 1) El coeficiente de extinción (E), basado en ensayos experimentales que proponen una relación exponencial de descenso de la HRR tras la descarga de agua, dependiendo de la densidad de agua aplicada y la clase de material. 2) La temperatura de extinción (EXTINCTION_TEMPERATURE), un método más sencillo que especifica un valor por debajo del cual el fuego deja de sostenerse. El primer método es más detallado, mientras que el segundo es más automático.
¿Por qué la potencia total de múltiples objetos no es una simple suma?
Cuando se tienen múltiples objetos adyacentes (como varias cajas de cartón), la potencia total no es una simple multiplicación de la HRR individual porque hay caras de los objetos que están adosadas y no reciben suficiente oxígeno para arder completamente. FDS permite modelar esta propagación realista mediante ignición por temperatura en cada celda, respetando la curva individual definida y la disposición física real de los objetos.
¿Qué ventajas aporta usar datos experimentales NIST en modelado de incendios?
Utilizar datos de ensayos experimentales del NIST permite definir curvas de fuego realistas y validadas en laboratorio. Esto mejora notablemente la fidelidad de las simulaciones al basarse en comportamientos reales de materiales combustibles específicos. Combinando estas curvas con parámetros apropiados de ignición y extinción, se obtiene un marco más sólido para tomar decisiones de diseño y realizar evaluaciones prestacionales en proyectos de ingeniería de protección contra incendios.
