Introdução
Nas simulações de incêndio mediante CFD (p. ex. FDS), é habitual representar o fogo a partir de uma curva de potência calorífica (HRR) em função do tempo. No entanto, escolher esta curva nem sempre é simples, especialmente quando se procura refletir com realismo a propagação do fogo em objetos adjacentes e o efeito da extinção com água.
Este artigo resume um estudo para definir curvas de fogo baseadas em ensaios experimentais (NIST) e expõe como se podem aplicar estas curvas, juntamente com parâmetros de ignição e extinção em FDS, para prever de forma consistente a evolução do incêndio.
Curvas de potência calorífica ajustadas a ensaios
Ensaio individual (Test 25)
Trata-se de uma caixa de cartão com copos de poliestireno, onde a curva de HRR cresce e decresce de forma característica.
- Com uma superfície queimadora (“burner”) e uma curva (RAMP) definida por pontos, a representação é direta: o fogo inicia e cresce tal como no ensaio.
- Para simulá-lo com uma caixa real (que não arde instantaneamente mas ao superar a sua temperatura de ignição), foi necessário ajustar parâmetros como a IGNITION_TEMPERATURE (~350 °C) e a HRRPUA (~625 kW/m²). Isto permitiu reproduzir a curva experimental.
Ensaios múltiplos (Tests 26, 27 e 28)
Repete-se a caixa em diferentes configurações (2, 4 ou 8 caixas). Mesmo tendo uma HRR máxima por caixa, a potência total não é uma simples soma, pois há faces das caixas encostadas que não chegam a arder completamente.
O FDS permite refletir a propagação mediante ignição por temperatura em cada célula, respeitando a curva individual definida e a disposição real das caixas. Esta metodologia resulta especialmente útil em estudos de projeto prestacional onde se requer precisão na modelação.
Efeito da extinção com água
Uma vez definida a potência calorífica de cada objeto (caixa), pode introduzir-se a extinção por sprinklers. Existem dois modos principais no FDS:
Coeficiente de extinção (E)
- Baseado em ensaios como os de Madrzykowski & Vettori, Evans ou Yu, Lee & Kung, que propõem uma relação exponencial de descida da curva de HRR após a descarga de água.
- O fator E (em m²/(kg·s)) depende da densidade de água (l/min·m²) e da classe do material (p. ex., plásticos Grupo A).
Para compreender melhor os fundamentos teóricos da extinção, recomenda-se consultar o SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, referência internacional em engenharia de proteção contra incêndios.
Temperatura de extinção
- Especifica-se um valor de EXTINCTION_TEMPERATURE abaixo do qual o fogo deixa de se manter.
- É um método simples e “automático” no FDS, embora menos detalhado que o coeficiente de extinção.
Estas abordagens permitem estimar como decairá a potência calorífica em função da densidade de água aplicada e das características do material combustível.
Conclusões principais
Curvas consistentes e escaláveis
A partir de um ensaio experimental de uma carga simples (p. ex., caixa de cartão com poliestireno), pode-se definir uma curva de fogo realista que, combinada com a temperatura de ignição, prevê a propagação a objetos similares em diferentes configurações.
Parâmetros de ignição e extinção
- Ajustar a IGNITION_TEMPERATURE e a HRRPUA permite refletir a fase de início e crescimento do fogo.
- Incluir um coeficiente de extinção ou uma temperatura de extinção no FDS reproduz a fase de decaimento do incêndio ao descarregar água.
Aplicabilidade em estudos prestacionais
Estes critérios ajudam a refinar os modelos de incêndio em projetos de engenharia prestacional, incorporando dados reais de laboratório e contemplando efeitos de controlo ou extinção.
Para saber mais
O artigo completo detalha os parâmetros e equações de cada ensaio, bem como as validações e referências bibliográficas (SFPE Handbook, NIST Technical Notes, etc.). Para quem deseje aprofundar na simulação de incêndios com modelos CFD e a definição de curvas a partir de ensaios, recomenda-se consultar:
- NIST Technical Note 2102, “Heat Release Rates of Multiple Transient Combustibles”
- SFPE Handbook of Fire Protection Engineering (capítulo 26: “Heat Release Rates”)
Em definitivo, modelar o fogo a partir de dados experimentais e ajustar a extinção com água mediante coeficientes apropriados ou temperaturas de corte pode melhorar notavelmente a fidelidade das simulações. Esta abordagem oferece um enquadramento mais sólido para decisões de projeto e avaliação prestacional em engenharia de proteção contra incêndios.
