Introdução
A simulação de incêndios com sprinklers automáticos mediante programas CFD (p. ex., FDS) permite prever com maior realismo o comportamento das chamas, dos fumos e do efeito da água descarregada. No entanto, um dos principais desafios é representar adequadamente a capacidade extintora dos sprinklers, pois não basta limitar-se ao seu “efeito refrigerante”.
Este artigo sintetiza um estudo exaustivo no qual se valida o uso de um “coeficiente de extinção” (E_COEFFICIENT) ao modelar incêndios em recintos com teto de até 12 m de altura e armazenamento de até 7,2 m. Comparam-se os resultados de diversas simulações com os critérios de projeto de sprinklers contemplados na norma UNE EN 12845, NFPA 13 e os guias FM, evidenciando a coerência entre ambas as abordagens quando se inclui a extinção na modelação.
Fundamentos da simulação e o coeficiente de extinção
Curva de desenvolvimento do fogo
No estudo representa-se o incêndio não como uma curva prefixada, mas deixando que cada “célula” de material combustível representado em 3D se inflame ao alcançar a temperatura de ignição. O resultado é uma progressão mais realista do fogo, tanto em crescimento como em decaimento.
Descarga de água
Simulam-se sprinklers que ativam à sua temperatura de disparo (68 °C, 74 °C, etc.), descarregando um caudal de acordo com a densidade de projeto (p. ex., 5 mm/min, 17,5 mm/min, 27,5 mm/min ou mais). O FDS permite seguir o rasto de “gotas” ou “super-gotas” que absorvem calor por evaporação, arrefecendo o ambiente.
Coeficiente de extinção (E_COEFFICIENT)
Diversos estudos experimentais (Madrzykowski e Vettori [NIST], Evans, Yu-Lee-Kung) mostram que a potência do fogo decai exponencialmente quando a água incide sobre o combustível. Incluir este coeficiente no FDS (ajustado segundo a densidade descarregada) faz com que a simulação reproduza o fenómeno de controlo ou supressão real.
Cenário de referência e categorias de produto
Considera-se um armazém de 7,2 m de altura (com teto a ~9-11,5 m), e examinam-se diferentes mercadorias:
- Categoria II (celulósicos), potência máxima de 250 kW/m²
- Categoria III (plásticos não expandidos), entre 400 e 500 kW/m²
- Categoria IV (plásticos expandidos), 625 kW/m² ou mais
Da mesma forma, analisam-se três configurações de sprinklers:
- Sprinklers padrão projetados para 17,5 mm/min (Categoria II)
- Sprinklers padrão projetados para 27,5 mm/min (Categoria III)
- Sprinklers ESFR (Early Suppression Fast Response), com caudais muito maiores (p. ex., 456 l/min por sprinkler o que equivale a > 50 mm/min).
Resultados chave
Se NÃO se incluir o coeficiente de extinção:
O fogo “arrefece-se” mas não se controla totalmente, alcançando potências de 20-50 MW e ativando um número excessivo de sprinklers.
Isto não concorda com a prática real nem com as “áreas de operação” previstas na norma (p. ex., 260 m², 300 m², etc.).
Quando SIM se inclui o coeficiente de extinção:
- O número de sprinklers ativados coincide com o que estipula a norma de projeto (exemplo: ~28 sprinklers para Categoria II, ~36 sprinklers para Categoria III, etc.).
- Em modo “controlo”, a curva estabiliza num nível (7-8 MW para Categoria II, 15-18 MW para Categoria III).
- Em modo “supressão” (sprinklers ESFR), a curva alcança um pico e depois decresce bruscamente, deixando focos de chama pequenos residuais.
Categorias e potências por unidade de superfície:
- 250 kW/m² ajusta-se bem a produtos celulósicos.
- 500 kW/m² representa plásticos não expandidos expostos.
- >625 kW/m² requer densidades e áreas de operação típicas de Categoria IV ou plásticos expandidos (cobertura maior, caudais superiores, etc.).
Número de gotas (tamanho de partícula):
Observa-se que, com menos de 5000 gotas/s por sprinkler, o resultado pode ser excessivamente “otimista” (um maior efeito supressor).
Com ~5000 gotas/s, a simulação alcança valores coerentes com a prática.
Conclusões e recomendações
Validação contra a norma de sprinklers
As simulações com coeficiente de extinção reproduzem fielmente os resultados esperados pela UNE EN 12845, NFPA 13 e guias FM (número de sprinklers ativados, densidade requerida, etc.). Isto confirma a viabilidade de incluir a descarga de água na modelação, sempre que se conte com um valor de E_COEFFICIENT apropriado.
Importância da Categoria de produto e da potência atribuída
Atribuir 500 kW/m² a plásticos não expandidos e 625 kW/m² a plásticos expandidos evita subestimar a procura real dos sprinklers.
Controlo vs. Supressão
- Sistemas em modo “controlo”: a potência estabiliza num valor fixo.
- Sistemas ESFR (supressão): a curva alcança um pico e desce depois de forma marcada, embora possam persistir pequenos focos de chama.
Reforço das metodologias prestacionais
Ao reproduzir a interação fogo-água de maneira mais realista, podem-se projetar e otimizar os sistemas de sprinklers sem recorrer a ensaios físicos dispendiosos, mantendo um alto grau de concordância com a experiência e as tabelas de projeto.
Para mais informações
O documento completo inclui detalhes sobre a configuração das células, as fórmulas de extinção propostas pelos autores clássicos (Madrzykowski, Vettori, Evans, Yu, Lee e Kung), os ensaios de validação e a correlação exata com as normas UNE EN 12845 e FM 8-9. Recomenda-se a sua leitura para aprofundar na metodologia de simulação, parâmetros, sensibilidade ao número de “gotas” e considerações específicas sobre “controlo” vs. “supressão”.
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