En la protección contra incendios industrial, uno de los aspectos más complejos es la interacción entre el fuego y los rociadores automáticos cuando se simula la descarga de agua en programas CFD como el Fire Dynamics Simulator (FDS) del NIST.
Este artículo, continuación de los trabajos previos (Partes 1 y 2), analiza un ensayo de FM con palés de plástico apilados sobre el suelo y demuestra cómo la metodología del «coeficiente de extinción» (E_COEFFICIENT) permite reproducir con gran fidelidad el comportamiento real del fuego en escenarios de almacenamiento.
1. El reto de la validación en FDS
- Objetivo: comparar los resultados de FDS (con agua descargada y un coeficiente de extinción bien ajustado) frente a un ensayo real de FM en el que se quemaron palés de plástico bajo un techo a 9 m de altura y con rociadores K160 de 74 °C a solo 0,5 bar de presión.
- Ensayo real: al tener baja densidad de descarga (en torno a 12,5 mm/min), los rociadores no controlaron el incendio, que llegó a activar todos los cabezales. Sin embargo, no se propagó a otras mercancías por la existencia de pasillos de 2,4 m.
2. El método del coeficiente de extinción
- E_COEFFICIENT: basado en los resultados experimentales de Yu, Lee y Kung, relaciona la densidad de agua (en kg/(m²·s)) con la tasa de decaimiento del fuego.
- Superficies 3D: es vital usar el coeficiente de extinción «superficial» para considerar la refrigeración/penetración del agua en la geometría real de la carga apilada, tal y como se recomendaba en las Partes 1 y 2.
- Potencia calorífica por unidad de superficie: para «plásticos no expandidos expuestos» (UUP), se corrobora un valor cercano a 500 kW/m² que justifica la gran intensidad del incendio.
3. Escenario y resultados de la simulación
Las condiciones reproducidas en FDS reflejan fielmente el escenario del ensayo original de FM:
- Techo sin cerramiento lateral: se modela la ausencia de paredes, igual que en el ensayo, para no sobreestimar la acumulación de humos.
- Rociadores K160 a 0,5 bar: cada rociador descarga 113 l/min, equivalente a 12,5 mm/min si se reparte en 9 m² por rociador.
- Celdas de 0,25 m en la malla de simulación.
Conclusión principal: el fuego no se controló con esa densidad de 12,5 mm/min —mismo resultado que en el ensayo—, alcanzando potencias de hasta 25-35 MW y activando todos los rociadores.
Comparación con normativas
La densidad de descarga adecuada para escenarios de almacenamiento de plásticos está establecida en las principales normativas internacionales:
- NFPA 13 y UNE EN 12845 (Anexo G.5) recomiendan para palés de plástico expuestos en la altura de este ensayo: ≥24-25 mm/min y áreas de operación entre 185-300 m².
- FM 8-9 llega a exigir 33,3 mm/min (caudal mucho mayor) pero contempla alturas de almacenamiento mayores a las del ensayo.
La simulación en FDS con esas densidades superiores sí logra la extinción, activando un número de rociadores dentro del área de diseño. Esto coincide con las tablas de diseño de rociadores y confirma la validez del método de simulación.
Dato clave: con la densidad del ensayo (12,5 mm/min), el sistema no controla el incendio. Con la densidad que marcan normas como FM 8-9, NFPA 13 o la UNE EN 12845, el incendio sí se extingue. La diferencia entre un diseño prescriptivo correcto y uno deficitario puede suponer la activación masiva de todo el sistema de rociadores.
4. Puntos destacables
- Correspondencia con un fuego real: a igual densidad de descarga que en el ensayo, el resultado de FDS coincide: se activa todo el sistema y el incendio no se controla.
- Densidades normativas: normas como NFPA 13, FM 8-9 o la UNE EN 12845 (G.5) establecen mayores caudales. Las simulaciones con esos valores pronostican la extinción o control.
- Relevancia del E_COEFFICIENT: la metodología de Yu, Lee y Kung se muestra nuevamente robusta. Ajustando su valor según la densidad de agua y la categoría de combustible (plástico vs. celulósico), FDS reproduce fielmente la evolución del fuego.
- Supervisión del número de rociadores activos: a mayor potencia calorífica (p. ej., 500 kW/m² frente a 400 kW/m²), más cabezales se activan, reflejando que no basta con considerar el «primer rociador» para determinar el pico del incendio.
5. Conclusiones finales
- Validación exitosa: el coeficiente de extinción aplicado al modelado CFD correlaciona excelentemente con ensayos reales y con los requisitos prescriptivos de densidades de agua para distintos riesgos de almacenamiento.
- Importancia en escenarios de almacenamiento: algunos diseños simplificados (que suponen el control del incendio con el primer rociador) pueden subestimar la potencia final del incendio. Este caso demuestra que en fuegos de plásticos expuestos se puede llegar a potencias muy altas y a una activación masiva de rociadores.
- Aplicación práctica: para dimensionar correctamente un sistema de rociadores —o validar proyectos prestacionales—, es crucial identificar la categoría real del material, su potencia calorífica y la densidad mínima adecuada.
En síntesis, este trabajo confirma la validez del método prestacional basado en el coeficiente de extinción y subraya la necesidad de utilizar densidades de diseño coherentes con las normas para controlar eficazmente incendios en mercancías plásticas. Quien desee profundizar en el detalle de las simulaciones y ecuaciones aplicadas puede consultar el documento completo y las referencias citadas.
Referencias principales
- Validación del coeficiente de extinción al modelar el fuego con rociadores automáticos – Parte 1, 2024
- Validación del coeficiente de extinción al modelar el fuego con rociadores automáticos – Parte 2, 2024
- UNE EN 12845:2021, «Sistemas de rociadores automáticos»
- NFPA 13:2022, «Standard for the Installation of Sprinkler Systems»
- FM 8-9:2022, «Storage of Class 1, 2, 3, 4 and Plastic Commodities»
Preguntas Frecuentes
¿Qué es el coeficiente de extinción (E_COEFFICIENT) en las simulaciones FDS con rociadores?
El E_COEFFICIENT es un parámetro del programa Fire Dynamics Simulator (FDS) que modela la extinción del fuego por agua. Basado en los trabajos experimentales de Yu, Lee y Kung, relaciona la densidad de agua aplicada (en kg/(m²·s)) con la tasa de decaimiento de la potencia calorífica del incendio. Su correcta calibración según el tipo de combustible es esencial para obtener simulaciones realistas.
¿Cómo se valida una simulación CFD de incendio frente a un ensayo real?
La validación consiste en reproducir en FDS las mismas condiciones del ensayo real: tipo de combustible, geometría del almacenamiento, características de los rociadores (factor K, temperatura de disparo, presión) y densidad de descarga. Si los resultados de la simulación (potencia máxima alcanzada, número de rociadores activados, control o no del incendio) coinciden con los del ensayo real, la metodología y los parámetros empleados se consideran validados.
¿Qué densidad de descarga exige la NFPA 13 para almacenamiento de palés de plástico?
Para palés de plástico expuestos en alturas similares a las del ensayo analizado (hasta 2 m de apilamiento, techo a 9 m), la NFPA 13 y la UNE EN 12845 (Anexo G.5) recomiendan densidades de descarga de al menos 24-25 mm/min, con áreas de operación entre 185 y 300 m². La norma FM 8-9 puede exigir incluso 33,3 mm/min para alturas de almacenamiento superiores.
¿Por qué un sistema de rociadores con baja densidad de descarga puede fallar ante un incendio de plásticos?
Los plásticos no expandidos expuestos (UUP) presentan una potencia calorífica por unidad de superficie de aproximadamente 500 kW/m², muy superior a la de materiales celulósicos. Con densidades bajas (como los 12,5 mm/min del ensayo), el agua descargada es insuficiente para enfriar la carga y reducir la tasa de liberación de calor, por lo que el incendio sigue creciendo y activa todos los rociadores sin lograr el control.
¿Cuándo se considera que una simulación FDS con rociadores da un resultado válido para el diseño prestacional?
Una simulación FDS es válida para el diseño prestacional de sistemas de rociadores cuando reproduce con fidelidad los resultados de ensayos reales de referencia: misma activación o no del sistema, potencias calóricas coherentes y número de rociadores activados dentro del área de diseño normativa. Cuando la simulación con la densidad normativa (ej. 24-25 mm/min para plásticos) logra la extinción y la de menor densidad no, se confirma que el modelo está correctamente ajustado y puede utilizarse para validar proyectos.
