Introducción
La simulación de incendios con rociadores automáticos mediante programas CFD (p. ej., FDS) permite predecir con mayor realismo el comportamiento de las llamas, los humos y el efecto del agua descargada. Sin embargo, uno de los principales desafíos es representar adecuadamente la capacidad extintora de los rociadores, pues no basta con limitarse a su «efecto refrigerante».
Este artículo sintetiza un estudio exhaustivo en el que se valida el uso de un «coeficiente de extinción» (E_COEFFICIENT) al modelar incendios en recintos con techo de hasta 12 m de altura y almacenamiento de hasta 7,2 m. Se comparan los resultados de diversas simulaciones con los criterios de diseño de rociadores contemplados en la norma UNE EN 12845, NFPA 13 y las guías FM, evidenciando la coherencia entre ambos enfoques cuando se incluye la extinción en la modelación.
Fundamentos de la simulación y el coeficiente de extinción
Curva de desarrollo del fuego
En el estudio se representa el incendio no como una curva prefijada, sino dejando que cada «celda» de material combustible representado en 3D se encienda al alcanzar la temperatura de ignición. El resultado es una progresión más realista del fuego, tanto en crecimiento como en decaimiento.
Descarga de agua
Se simulan rociadores que activan a su temperatura de disparo (68 °C, 74 °C, etc.), descargando un caudal acorde a la densidad de diseño (p. ej., 5 mm/min, 17,5 mm/min, 27,5 mm/min o más). FDS permite seguir el rastro de «gotas» o «súper-gotas» que absorben calor por evaporación, enfriando el entorno.
Coeficiente de extinción (E_COEFFICIENT)
Diversos estudios experimentales (Madrzykowski y Vettori [NIST], Evans, Yu-Lee-Kung) muestran que la potencia del fuego decae exponencialmente cuando el agua incide sobre el combustible. Incluir este coeficiente en FDS (ajustado según la densidad descargada) hace que la simulación reproduzca el fenómeno de control o supresión real.
Escenario de referencia y categorías de producto
Se considera un almacén de 7,2 m de altura (con techo a ~9-11,5 m), y se examinan diferentes mercancías:
- Categoría II (celulósicos), potencia máxima de 250 kW/m²
- Categoría III (plásticos no expandidos), entre 400 y 500 kW/m²
- Categoría IV (plásticos expandidos), 625 kW/m² o más
Asimismo, se analizan tres configuraciones de rociadores:
- Rociadores estándar diseñados para 17,5 mm/min (Categoría II)
- Rociadores estándar diseñados para 27,5 mm/min (Categoría III)
- Rociadores ESFR (Early Suppression Fast Response), con caudales mucho mayores (p. ej., 456 l/min por rociador lo que equivale a > 50 mm/min).
Resultados clave
Si NO se incluye el coeficiente de extinción:
El fuego se «refrigera» pero no se controla totalmente, alcanzando potencias de 20-50 MW y activando un número excesivo de rociadores.
Esto no concuerda con la práctica real ni con las «áreas de operación» previstas en la norma (p. ej., 260 m², 300 m², etc.).
Cuando SÍ se incluye el coeficiente de extinción:
- El número de rociadores activados coincide con lo que estipula la norma de diseño (ejemplo: ~28 rociadores para Categoría II, ~36 rociadores para Categoría III, etc.).
- En modo «control», la curva se estabiliza en un nivel (7-8 MW para Categoría II, 15-18 MW para Categoría III).
- En modo «supresión» (rociadores ESFR), la curva alcanza un pico y luego decrece bruscamente, dejando fuegos residuales pequeños.
Categorías y potencias por unidad de superficie:
- 250 kW/m² se ajusta bien a productos celulósicos.
- 500 kW/m² representa plásticos no expandidos expuestos.
- >625 kW/m² requiere densidades y áreas de operación típicas de Categoría IV o plásticos expandidos (cobertura mayor, caudales superiores, etc.).
Número de gotas (tamaño de partícula):
Se observa que, con menos de 5000 gotas/s por rociador, el resultado puede ser excesivamente «optimista» (un mayor efecto supresor).
Con ~5000 gotas/s, la simulación alcanza valores coherentes con la práctica.
Conclusiones y recomendaciones
Validación contra la norma de rociadores
Las simulaciones con coeficiente de extinción reproducen fielmente los resultados esperados por la UNE EN 12845, NFPA 13 y guías FM (número de rociadores activados, densidad requerida, etc.). Esto confirma la viabilidad de incluir la descarga de agua en la modelación, siempre que se cuente con un valor de E_COEFFICIENT apropiado.
Importancia de la Categoría de producto y la potencia asignada
Asignar 500 kW/m² a plásticos no expandidos y 625 kW/m² a plásticos expandidos evita subestimar la demanda real de los rociadores.
Control vs. Supresión
- Sistemas en modo «control»: la potencia se estabiliza en un valor fijo.
- Sistemas ESFR (supresión): la curva alcanza un pico y desciende luego de forma marcada, aunque pueden persistir pequeños focos de llama.
Refuerzo de las metodologías prestacionales
Al reproducir la interacción fuego-agua de manera más realista, se pueden diseñar y optimizar los sistemas de rociadores sin recurrir a ensayos físicos costosos, manteniendo un alto grado de concordancia con la experiencia y las tablas de diseño.
Para más información
El documento completo incluye detalles sobre la configuración de las celdas, las fórmulas de extinción propuestas por los autores clásicos (Madrzykowski, Vettori, Evans, Yu, Lee y Kung), los ensayos de validación y la correlación exacta con las normas UNE EN 12845 y FM 8-9. Se recomienda su lectura para profundizar en la metodología de simulación, parámetros, sensibilidad al número de «gotas» y consideraciones específicas sobre «control» vs. «supresión».
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