Las simulaciones son experimentación con un modelo, una hipótesis o un conjunto de hipótesis de trabajo. En las simulaciones computacionales predominan las dinámicas sobre las estáticas, ya que usualmente se requiere experimentar situaciones cambiantes en el tiempo.
Es fundamental ejercer cuidado ya que los resultados de las simulaciones son tan buenos como los datos de entrada, las suposiciones de base y el respeto a las limitaciones del modelo.
Utilidad de las simulaciones de incendio
La utilidad de las simulaciones estriba en que sirven para dos propósitos principales:
Como herramienta de análisis
Para predecir las consecuencias de un incendio en un escenario concreto existente. También para evaluar las causas, evolución, actuaciones o consecuencias de un incendio ocurrido en un escenario real. Esta capacidad predictiva es esencial en la ingeniería de protección contra incendios.
Como herramienta de diseño
Para estudiar la efectividad de cierto grupo elegido de medidas encaminadas a evitar un incendio o minimizar sus consecuencias en un escenario proyectado. Esta aproximación permite optimizar los sistemas de detección y extinción de incendios antes de su implementación.
Validación y verificación de modelos
Todo modelo utilizado para la simulación computacional (de incendios, de evacuación, de resistencia estructural) debe estar validado y verificado para el tipo de escenario previsto. Aunque ambos términos están muy relacionados, hay una sutil diferencia entre ellos:
Validación es el proceso de determinar el grado en el que un método de cálculo es una representación precisa del mundo real desde la perspectiva de los usos previstos del método de cálculo. La validación es una comprobación de la física.
Verificación es el proceso para determinar que la implementación de un método de cálculo representa con precisión la descripción conceptual del desarrollador del método de cálculo y la solución del método de cálculo. La verificación es una comprobación de las matemáticas.
Tipos de modelos de simulación de incendios
Entre los modelos de incendios disponibles en la actualidad, podemos distinguir varios tipos según su complejidad y aplicación:
Cálculos analíticos
Cálculos analíticos a mano o mediante hoja de cálculo, que se basan en modelos simplificados física y matemáticamente, permitiendo realizar cálculos rápidos y sin necesidad de un ordenador potente. Son útiles para primeras aproximaciones y comprobaciones orientativas de los resultados de los modelos más complejos.
Con estos modelos se puede estimar:
- El tiempo para la ignición
- La curva del fuego
- La longitud de la llama
- El arrastre de aire y generación de humos por el penacho
- La temperatura del penacho
- La propagación de la llama
- La altura de la capa de humos
- La activación de detectores y rociadores automáticos
- La combustión súbita generalizada («flashover»)
- Las condiciones después «Post-Flashover»
Programas de computación especializados
Programas de computación basados en ecuaciones analíticas o por elementos finitos. Dentro de esta categoría encontramos dos subcategorías principales:
Modelos de zonas
Los modelos de zonas dividen el espacio en zonas (una o dos por compartimento) para resolver las ecuaciones. Son los más sencillos con una buena representación en su dominio de aplicación, simples y rápidos de manejar y resultan interesantes para realizar estudios paramétricos, de sensibilidad y de análisis de riesgos.
Modelos de campo
Los modelos de campo permiten geometrías complejas, distribución irregular de los combustibles, evalúan las magnitudes de la dinámica térmica y de fluidos del fuego en el espacio y el tiempo, y aportan más variables (visibilidad, temperatura, concentración de especies, caudales, etc.). Su desventaja está en el gran coste computacional y necesidad de mayor definición del modelo.
Un modelo de campo es el más completo y sofisticado pues subdivide el espacio en múltiples celdas en las que se considera que las propiedades son uniformes y que interaccionan con las vecinas.
Características avanzadas de los modelos de campo
Los modelos de campo utilizan una base aerodinámica para evaluar los fenómenos de flujo de fluidos, transferencia de calor y turbulencia, similar a la que se aplica en el diseño de aviones o vehículos, a la que se le agregan los fenómenos de combustión, radiación y generación de productos.
Estos modelos determinan en los diferentes volúmenes de las celdas:
En zonas gaseosas: características de temperatura, velocidad, concentración de especies, presiones, fracción líquida, etc.
En superficies sólidas: temperatura superficial, temperatura interior, flujo de calor, velocidad de combustión, masa de gotas de agua por unidad de área, entre otras.
Algunos parámetros son globales como la potencia calorífica, el tiempo de activación de rociadores y detectores, o los flujos de masa y energía a través de aberturas y sólidos. Esta capacidad de análisis detallado los convierte en herramientas indispensables para el diseño basado en prestaciones.
Conclusión
Las simulaciones de incendio representan una herramienta fundamental en el diseño prestacional moderno, permitiendo tanto el análisis predictivo como el diseño optimizado de sistemas de protección contra incendios. La elección del modelo adecuado dependerá de la complejidad del escenario, los recursos disponibles y la precisión requerida en los resultados.
