Usuario:Creosota/taller/Influencia del recinto en la evolución de un incendio
La influencia del recinto en la evolución de un incendio confinado es determinante en la medida en que limita la libre disipación del calor y el intercambio de gases. Pero hay otros factores relacionados con el cerramiento que también afectan al desarrollo del incendio
En el contexto del estudio del desarrollo de incendios denominamos recinto de incendio a la envolvente inmediata que lo encierra. Generalmente tiene forma de prisma recto, con aberturas en algunas de sus caras, que pueden encontrarse abiertas o cerradas. Al incendio que se desarrolla en el interior de un recinto lo denominamos incendio confinado.
Las características del recinto de incendio van a condicionar de forma importante la evolución del incendio.
Factores que condicionan el desarrollo de incendio[editar]
Los factores o características de la envolvente o cerramiento que más influyen en el desarrollo de un incendio confinado son:
Volumen del recinto[editar]
El volumen de un recinto es función de la superficie de su planta y de su altura, y en el caso de un recinto no ventilado (o con una ventilación mínima) determina la cantidad de aire disponible en la fase inicial del incendio.
Un recinto pequeño, como por ejemplo un dormitorio con puertas y ventanas cerradas, no contiene suficiente aire para permitir que el incendio se desarrolle hasta el flashover. Sin embargo si tiene la puerta abierta y dispone del aire del resto del piso, sí podría llegar a producirse el flashover. A partir de este momento, si el piso no está ventilado, el oxígeno se agotará rápidamente y la potencia del incendio se reducirá hasta estabilizarse, a expensas del aire que pueda entrar por las rendijas.
En consecuencia, se puede afirmar que el volumen de un recinto cerrado es determinante para el desarrollo inicial del incendio por la cantidad de aire que puede aportar.
El volumen también influye en la capacidad de almacenar el humo y con ello de retrasar el descenso del plano neutro. Cuando la capa de gases calientes llega hasta la altura de las superficies que se encuentran ardiendo, limita la aportación de aire limpio y reduce la tasa de combustión. Por lo tanto el volumen del recinto, junto con su factor de ventilación, condiciona la altura del plano neutro y con ello el desarrollo del incendio. La altura del plano neutro afecta también a la capacidad de escape de los ocupantes.
Área del recinto[editar]
Un recinto con una gran superficie no compartimentada y con suficiente cantidad y continuidad de combustible permitirá el aumento del área del incendio, que puede alcanzar dimensiones y potencias muy elevadas.
Sin embargo el área del recinto también influye en el desarrollo del incendio en la medida en que los gases pueden alejarse de la vertical del motor de incendio sin encontrar obstáculos que permitan su acumulación y el crecimiento de su espesor. Esta disipación y enfriamiento de la capa de gases caliente reduce su efecto sobre el resto de superficies combustibles, retrasando o incluso imposibilitando la aparición del flashover.
Se ha comprobado que en recintos diáfanos cuya superficie es mayor de 200 m2, (por ejemplo en espacios de oficina) la dispersión y enfriamiento de los gases dificulta la aparición del flashover, si bien el incendio puede llegar a generalizarse por crecimiento perimetral debido a la combinación de la radiación desde los gases más calientes y la radiación directa desde el motor del incendio. A este tipo de incendios se los denomina “travelling fires”.[1]
Altura del techo[editar]
A igualdad de área, la velocidad de crecimiento del incendio disminuye con el aumento de la altura del techo por varias razones:
- A mayor altura del techo, la pluma del incendio es más alta y permite la entrada de un mayor volumen de aire, lo que hace que al llegar al techo los humos estén más fríos y más diluidos. Esto retrasa la aparición del flashover porque afecta a sus circunstancias más determinantes: la temperatura de los gases es más fría y la distancia a los materiales combustibles a nivel de suelo es mayor.
- El techo tardará más en calentarse porque los gases de convección llegan más fríos. En consecuencia la radiación emitida por la superficie del techo de vuelta al recinto será menor, en proporción cuadrática inversa a la distancia.
- La velocidad de dispersión horizontal de los gases estará directamente relacionada con su temperatura: a mayor temperatura, mayor flotabilidad y mayor velocidad de dispersión.
- El plano neutro tiene un mayor recorrido vertical hasta alcanzar los materiales en combustión, por lo que el cambio de ILC a ILV también se retrasará.
Por estas razones, a igualdad de área y de factor de ventilación, cuanto más bajo sea el techo más rápido se desarrollará el incendio y antes se alcanzarían las condiciones de flashover.
Huecos de ventilación[editar]
Es obvio que, siendo el oxígeno un elemento necesario para la combustión, la aportación de aire es el factor que más condiciona el desarrollo del incendio, en presencia de combustible suficiente.
El aire que contiene un recinto no permitirá por mucho tiempo la libre combustión. A partir de que el incendio pasa a estar controlado por la ventilación, esta se convierte en el factor dominante en el desarrollo del incendio.
Factor de ventilación[editar]
En los años 50, Kawagoe (2) definió el factor de ventilación como Ao x Ho1/2, siendo Ao el área de los huecos de ventilación y Ho la altura ponderada de los huecos. Posteriormente otros investigadores como Thomas, Harmathy, Babrauskas, McCaffrey o Quintiere, relacionaron el factor de ventilación con diversos valores críticos en el desarrollo del incendio como: temperaturas máximas, tiempo hasta el FO, tasa de liberación de calor, ratio de combustión, ratio de consumo de oxígeno, etc.
Wahlqvist & Hees (3) demostraron que en un volumen grande, el factor de ventilación (Ao x Ho1/2) es el elemento dominante sobre la tasa de crecimiento y sobre la tasa máxima de liberación de calor, mientras que en un espacio reducido la retroalimentación de la radiación juega un papel muy importante sobre ambas tasas, siempre que haya suficiente ventilación.
Factor de abertura[editar]
No hay que confundir el factor de ventilación (ventilation factor) con el factor de abertura (opening factor) que implica también el área total At del recinto y cuyo valor es Ao x Ho1/2/At
Diversos estudios (4) conforman la idea de que en recintos de pequeño–mediano tamaño (< 300 m3) la tasa de liberación de calor TLC es proporcional al factor de ventilación (ventilation factor) Ao Ho1/2, mientras que la temperatura máxima está más ligada al factor de abertura (opening factor) Ao Ho1/2 / At. Esto se explica porque a igualdad de aportación de calor, si el volumen es mayor el incremento de temperatura será menor y su valor final puede estar más limitado.[2]
En recintos profundos (deep enclosures) donde la relación entre la dimensión mayor de su base y la altura del techo (l/h) es alta (ej: > 10), las correlaciones para los cálculos de la TLC dependientes directamente del factor de ventilación (Kawagoe) se desvían de los datos experimentales y es más adecuado utilizar la formula de la Universidad de Virginia (VU model)[3] (5) . En cualquier caso a efectos de análisis operativo la simplificación que relaciona el área de ventilación con la potencia máxima de incendio esperada sigue siendo válida.
También se ha comprobado que las temperaturas más altas de los gases y en consecuencia la afectación a la estructura es siempre mayor en la proximidad de los huecos por los que salen los gases calientes.
Realizar huecos en la cubierta para favorecer la evacuación de humos y calor, y favorecer así el acceso por el interior es una práctica habitual en los EE.UU., y utilizada en Europa ocasionalmente cuando la estructura lo permite, sobre todo en recintos industriales. Estudios recientes (6) han demostrado que, si bien en la fase inicial del incendio las aberturas en la cubierta pueden retrasar el desarrollo y favorecer la evacuación de ocupantes y la intervención de los bomberos, una vez que el incendio se ha desarrollado contribuyen al incremento de la potencia del incendio.[4]
Configuración y propiedades térmicas de los materiales de los cerramientos[editar]
El fuego transmite calor a las superficies cercanas por radiación de sus llamas y por convección y radiación de sus gases.
La radiación puede ser absorbida, reflejada o transmitida por la materia (7).[5] Las fracciones de energía reflejada, absorbida y transmitida respectivamente dependen de las propiedades de reflexión ρ, absorción α y transmisión τ, respectivamente, siendo α+ρ+τ=1.
El calor del incendio absorbido por techo y paredes se distribuye de tres formas:
- Una parte es reflejada o devuelta hacia el recinto en forma de radiación y contribuye al calentamiento de gases y enseres del recinto.
- Una parte es absorbida por el material del cerramiento (yeso, placas de cartón - yeso, aislantes, ladrillo, hormigón, acero,…) y hace que aumente su temperatura en función de su calor específico.
- Una parte es transmitida o disipada hacia el interior por conducción y finalmente al exterior si el cerramiento es de poco espesor.
Estas tres formas de transmisión de calor dependen en gran parte del valor y del gradiente de la temperatura de los gases de incendio y de la temperatura del paramento a lo largo de su sección. Por eso el efecto térmico de paredes y techos sobre el desarrollo del incendio va cambiando a medida que el incendio evoluciona:
- En la fase inicial, paredes y techo absorben una parte importante del calor generado por la combustión. En esta fase su interacción térmica ralentiza la evolución del incendio.
- A medida que se igualan las temperaturas de gases incendio con las de paredes y techos, éstos absorben menos calor y comienzan a devolver energía al recinto por radiación.
- En la fase final del decaimiento o de la extinción, paredes y techo pueden llegar a emitir tanta energía o más que la combustión remanente.
Esta contribución energética de paredes y techos al desarrollo del incendio depende fundamentalmente de las características térmicas de sus materiales y de su espesor.
Una pared gruesa de hormigón absorberá mucha cantidad de calor, aunque lentamente, y tardará mucho en calentarse lo suficiente como para emitir una alta radiación de vuelta. Por el contrario un cerramiento metálico de poco espesor (contenedor de formación con fuego real) absorberá muy rápidamente el calor pero en poca cantidad debido a su escasa masa, aumentando rápidamente su temperatura. A partir de ese momento disipará gran parte del calor al exterior, pero también devolverá al interior, por radiación, una parte importante de la energía absorbida.
El cálculo de cada una de las fracciones de energía es muy complejo puesto que depende de muchas variables.
En cualquier caso, es necesario que se alcancen altas temperaturas para que las características del material de los cerramientos puedan afecter a la evolución del incendio y esto solo es posible con una ventilación suficiente. (8).[6]
En resumen, la influencia en la dinámica del incendio de techos y paredes, varía a lo largo de su desarrollo en el tiempo en función de las características de los materiales, de su espesor y de las temperaturas alcanzadas en el recinto. En cualquier caso el factor más influyente en la evolución del incendio no es las características de los cerramientos sino el área Ao y la altura Ho de sus aberturas.
Posición del motor de incendio con respecto a las paredes y al hueco principal de ventilación[editar]
Si el motor del incendio se encuentra junto a una pared o en una esquina, la forma y características de la pluma de incendio cambian.
En el centro del recinto el aire puede acceder al motor del incendio por todo su perímetro. Esto facilita la combustión, pero también permite la entrada de una mayor masa de aire frio que reduce la temperatura de la pluma a medida que se aleja del combustible.
Si el foco o motor del incendio se encuentra junto a una pared, el ángulo perimetral de entrada de aire se restringe a 180°, la mitad. Esto tiene varios efectos sobre el fuego:
- Entra menos aire frío en la pluma por lo que su temperatura será mayor durante todo su desarrollo.
- Los gases de pirólisis tienen que subir más hasta encontrar oxígeno disponible para la combustión. Además, a igualdad de TLC/área incendiada, la velocidad de ascenso de los gases es mayor. Por todo esto, la llama alcanzará una mayor altura.
- La pared refleja parte del calor, aumentando la velocidad de combustión y manteniendo más calientes los gases en su ascenso.
- Al llegar al techo, los gases tienen limitada su dispersión horizontal a 180º por lo que la temperatura se mantendrá alta más tiempo. Como los gases están más calientes se moverán también más rápido por su mayor flotabilidad.
En el caso de que el motor se encuentre en una esquina, estos efectos se ven casi cuadruplicados con respecto a los de un motor alejado de las paredes: la entrada de aire y dispersión de gases se ve limitada a 90° y la temperatura y velocidad de los gases en su progresión bajo el techo aumentan considerablemente.
La consecuencia principal es que la proximidad de paramentos verticales al motor del incendio acelera la aparición del flashover, ya que este es muy dependiente de la temperatura de los gases.
En cualquier caso la posición de motor del incendio respecto a las paredes puede tener incidencia en la velocidad de desarrollo en la fase inicial, pero una vez que el incendio pasa a estar controlado por la ventilación ILV, que es cuando suelen llegar los equipos de emergencia, su incidencia es casi nula.
En un incendio confinado las temperaturas más elevadas de los elementos constructivos se alcanzan a nivel del techo en las zonas más próximas a los huecos de ventilación. En condiciones experimentales, este efecto puede ser entre 2 y 5 veces mayor comparado con las áreas más alejadas de los puntos de entrada de aire.[7]
Conclusiones[editar]
El recinto en el que se desarrolla un incendio condiciona de manera muy importante su dinámica.
El aspecto que más influye sobre el desarrollo del incendio es el factor de ventilación.(vincular)
La altura del techo y el volumen también condicionan la tasa de crecimiento del incendio mientras que, a efectos de la intervención de los servicios de emergencia, el resto de factores descritos tienen una influencia menor sobre el desarrollo del mismo.
Referencias (renumerar)[editar]
- ↑ P. Grimwood. Eurofighter 2. 2017. D&M Heritage Press. Pag 263.
- ↑ Revisiting the Compartment Fire. José L. Torero, Agustin H. Majdalani, Cecilia Abecassis-Empis and Adam Cowlard. Fire Safety Science-Proceedings of the Eleventh International Symposium pp 28-45.
- ↑ An experimental study of fire development in deep enclosures and a new HRR–time–position model for a deep enclosure based on ventilation factor. June 2009. Fire and Materials 33(4):157 – 185
- ↑ I. Thomas, I. Bennets. Ventilation Openings - Comparison Of Long And Wide Enclosures. 2000. Fire Safety Science 6:941-952
- ↑ B. Karlsson, J. Quintiere. Enclosure Fire Dynamics. CRC Press. Pag 143
- ↑ J.Wahlqvist, P. Hees. Influence of the built environment on design fires. Case Studies in Fire Safety (Elsevier). Volume 5, May 2016, Pages 20-33
- ↑ Experimental Studies on the Effect of the Fire Position on Plume Entrainment in a Large Space. Yuanzhou Li, Ran Huo, Liang Yi and Guodong Wang. International Journal on Engineering Performance-Based Fire Codes, Volume 5, Number 4, p.138-145, 2003