Presentan: MODELACIÓN DEL TIEMPO DE ACTIVACION DEL ROCIADOR EN FIRE DYNAMICS SIMULATOR FDS I N G EN I ERO S A N I TA R I O, ES P EC I A L I S TA EN M ED I O A M B I EN T E Y G EO I N FO R M ÁT I C A U D E A M A S T ER EN P ROT EC C I Ó N CO N T R A I N C EN D I O S UN I V ERS I DA D D E A LC A L Á J O S E I VA N M I R A N DA A N G ULO, CO O R D I N A D O R D EL D EPA RTA M EN TO D E D I S EÑ O D E I N S TA L A C I O N ES H I D RO S A N I TA RI A S , EN H I D R ÁUL I C A Y S A N EA M I EN TO S . A . S
Penachos de llama. ◦ Interacción del penacho de llama con el techo.
Funcionamiento del Rociador.
CONTENIDO
Software. ◦ Fuego ◦ Tasa de Liberación de Calor (HRR) ◦ Curva del fuego
◦ Modelo en FDS. ◦ ◦ ◦ ◦
Materiales y Combustible. Rociadores. Techo Liso. Techo Obstruido.
◦ Resultados
PENACHOS DE LLAMA (FIRE PLUMES)
La figura muestra una representaciรณn esquemรกtica de una columna de fuego turbulento que se origina en una fuente de fuego. Por encima de un volumen localizado donde se estรก produciendo la combustiรณn, fluye un chorro de gas, generalmente turbulento, con o sin llama, que se conoce como el penacho de llama
SFPE Handbook Engineering 5th ed
of
Fire
Protection
INTERACCIÓN DEL PENACHO CON EL TECHO El “jet ceiling” emerge de la región de impacto de la pluma fuego en el techo, y fluye radialmente lejos de la fuente de calor .
SFPE Handbook of Fire Protection Engineering 5th ed
FUNCIONAMIENTO DEL ROCIADOR La actuación del rociador depende de la temperatura y la velocidad de los gases que fluyen por el rociador y de la capacidad de respuesta del rociador. La capacidad de respuesta de un rociador es caracterizado por el índice de tiempo de respuesta (RTI). La NFPA 13, Instalación para los sistemas de rociadores, (NFPA 2010) define los rociadores de respuesta estándar como aquellos que tienen un RTI igual o menor que 145 ft1/2 s1/2 (80 m1/2 s1/2 ), y rociadores de respuesta rápida como aquellos que tienen un RTI igual o menor que 90 ft1/2 s1/2 (50 m1/2 s1/2 ) HandBook of Smoke Control Engineering
FUNCIONAMIENTO DEL ROCIADOR Temperatura Rociador [ยบC] Vs Tiempo [s] 60
55
50
45
40
35
30
25
20 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
FUNCIONAMIENTO DEL ROCIADOR
NFPA 13 - 2007
SOFTWARE FDS Descripciรณn rรกpida del tema
https://pages.nist.gov/fds-smv/
FIRE DYNAMICS SIMULATOR FDS
Fire Dynamics Simulator (FDS) es un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) de flujo de fluido impulsado por fuego. El programa de cómputo resuelve numéricamente una gran forma de simulación de remolino de las ecuaciones de NavierStokes apropiadas para el flujo de baja velocidad, impulsado térmicamente, con énfasis en el humo y el transporte de calor de los incendios, para describir la evolución del fuego. WIKIPEDIA
FIRE DYNAMICS SIMULATOR FDS FDS es un software gratuito desarrollado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Fortran que lee los parámetros de entrada de un archivo de texto, calcula una solución numérica para las ecuaciones que rigen y escribe los datos de salida especificados por el usuario en los archivos. Smokeview es un programa complementario que lee archivos de salida FDS y produce animaciones en la pantalla de la computadora.
Smokeview tiene una interfaz simple basada en menús, mientras que FDS no. Sin embargo, hay varios programas de terceros que se han desarrollado para generar el archivo de texto que contiene los parámetros de entrada necesarios para FDS. WIKIPEDIA
FUEGO El fuego en recintos cerrados puede ser caracterizado en diferentes fases, las cuales se representan en la Figura 5.2 SFPE. Fifth Edition.
•
Inicio y desarrollo del fuego.
•
Flashover.
•
Fuego totalmente desarrollado.
•
Fase de decaimiento.
TASA DE LIBERACIÓN DEL CALOR (HRR) Tasa de liberación de calor (HRR, Heat release rate) es una medida de la cantidad de energía que un tipo específico de combustible puede contribuir al flujo de calor en un incendio. HRR está controlada por las propiedades químicas y físicas del combustible y el área de superficie del combustible. HandBook of Smoke Control Engineering
TASA DE LIBERACIĂ“N DEL CALOR (HRR) La curva HRR en la etapa de crecimiento puede tomar muchas formas dependiendo de la quema de objetos. La Figura muestra una curva de crecimiento fluctuante que tiene una tendencia, y este tipo de etapa de crecimiento se puede representar por la curva exponencial.
Q = �� 2 HandBook of Smoke Control Engineering
TASA DE LIBERACIÓN DEL CALOR (HRR)
HandBook of Smoke Control Engineering
MODELO EN FDS
MATERIALES Y COMBUSTIBLE En FDS los materiales se trabajan como superficies, para las cuales se deben definir sus propiedades, tales como densidad, calor específico, conductividad, emisividad y coeficiente de absorción. Para aquellos materiales combustibles además se define su calor de combustión.
CONCRETO
COMBUSTIBLE
Densidad: 2200 kg/m³
Propano
Conductividad: 1.2 W/m /K
Calor de Combustion:46460 kJ/kg
Calor Especifico: 0.88 kJ/kg K
QUEMADOR (BURNER) Este tipo de superficie representa un fuego con una velocidad de liberaciĂłn de calor conocido o (combustible) tasa de pĂŠrdida de masa. Para este tipo de superficie se debe ingresar la tasa de liberaciĂłn de calor por ĂĄrea (HRRPUA). đ??ťđ?‘…đ?‘…đ?‘ƒđ?‘ˆđ??´ =
à rea de incendio 4m²
đ??ťđ?‘…đ?‘… đ??´đ??źđ?‘›đ?‘?đ?‘’đ?‘›đ?‘‘đ?‘–đ?‘œ
ROCIADORES
Orientación: Montantes Respuesta: Rápida-Estándar; RTI=50 – RTI = 80. Temperatura: Ordinaria, 67ºC
TECHO LISO A 3m Largo 12.4m Ancho 12.4m Alto 3m Casetones 3m x 3m
3.7.2* Construcción Sin Obstrucciones. Construcción donde las vigas, cerchas u otros miembros no impiden el flujo de calor o la distribución de agua, de tal modo que afecte materialmente la capacidad de los rociadores para controlar o suprimir un incendio…… La construcción sin obstrucciones son todos los tipos de construcción donde el espaciamiento de los miembros estructurales supere los 7½ pies (2,3 m) entre centros. NFPA 13-2007
TECHO LISO A 6m Largo 12.4m Ancho 12.4m
Alto 6m Casetones 3m x 3m
DISTRIBUCIÓN DE LOS ROCIADORES 8.6.4.1 Distancia por Debajo del Techo. 8.6.4.1.1 Construcción sin Obstrucciones. 8.6.4.1.1.1 Bajo construcciones sin obstrucciones, la distancia entre el deflector del rociador y el techo deberá tener como mínimo 1 pulg (25,4 mm) y como máximo 12 pulg (305 mm), en toda el área de cobertura del rociador. NFPA 13 -2007
TECHO OBSTRUIDO A 3m Largo 12.4m Ancho 12.4m
Alto 3m Casetones 1m x 1m
3.7 Definiciones de Construcciรณn.
3.7.1* Construcciรณn con Obstrucciones. Construcciรณn con paneles y otra construcciรณn donde las vigas, cerchas u otros miembros impiden el flujo de calor o la distribuciรณn del agua, de tal modo que afecta materialmente la capacidad de los rociadores para controlar o suprimir un incendio. NFPA 13-2007
TECHO OBSTRUIDO A 6m Largo 12.4m Ancho 12.4m Alto 6m Casetones 1m x 1m
DISTRIBUCIร N DE LOS ROCIADORES 8.6.4.1.2 Construcciรณn Obstruida. Bajo construcciones obstruidas, el deflector del rociador deberรก ubicarse de acuerdo con una de las disposiciones siguientes: (1) Instalados con los deflectores dentro de planos horizontales de 1 pulg a 6 pulg (25,4 mm a 152 mm) por debajo de los miembros estructurales y a una distancia mรกxima de 22 pulg (559 mm) por debajo del cielo raso/cubierta del techo. NFPA 13 -2007
RESULTADOS
TECHO LISO
ROCIADORES DE RESPUESTA RÁPIDA RTI=50 EN TECHO LISO
ROCIADORES RTI=50 A 0.3m DEL TECHO Techo 3m Tiempo Activaciรณn 1ยบ Rociador: 232s Spr-10
Temperatura Rociador [ยบC] Vs Tiempo [s]
HRR en Segundo 232: 638 Kw
70
Tiempo Activaciรณn Detector Humo: 40s
60
65
55 50 45 40 35 30 25 20 0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
C Spr_0
C Spr_1
C Spr_2
C Spr_3
C Spr_4
C Spr_5
C Spr_6
C Spr_7
C Spr_8
C Spr_9
C Spr_10
C Spr_11
C Spr_12
C Spr_13
C Spr_14
C Spr_15
275
ROCIADORES RTI=50 A 0.3m DEL TECHO Techo 6m Tiempo Activaciรณn 1ยบ Rociador: 354s Spr-5 HRR en Segundo 354: 1509 Kw Tiempo Activaciรณn Detector Humo: 49s
Temperatura Rociador [ยบC] Vs Tiempo [s] 70 65 60 55 50 45 40 35
30 25 20 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
C Spr_0
C Spr_1
C Spr_2
C Spr_3
C Spr_4
C Spr_5
C Spr_6
C Spr_7
C Spr_8
C Spr_9
C Spr_10
C Spr_11
C Spr_12
C Spr_13
C Spr_14
C Spr_15
360
ROCIADORES DE RESPUESTA ESTÁNDAR RTI=80 EN TECHO LISO
ROCIADORES RTI =80 A 0.3M DEL TECHO Techo 3m Tiempo Activaciรณn 1ยบ Rociador: 242s Spr-10 HRR en Segundo 242: 686 Kw
Temperatura Rociador [ยบC] Vs Tiempo [s] 70 65 60
Tiempo Activaciรณn Detector Humo: 40s
55 50 45 40 35 30 25 20 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
C Spr_0
C Spr_1
C Spr_2
C Spr_3
C Spr_4
C Spr_5
C Spr_6
C Spr_7
C Spr_8
C Spr_9
C Spr_10
C Spr_11
C Spr_12
C Spr_13
C Spr_14
C Spr_15
240
260
ROCIADORES RTI=80 A 0.3M DEL TECHO Techo 6m
Tiempo Activaciรณn 1ยบ Rociador: 356s Spr-5
Temperatura Rociador [ยบC] Vs Tiempo [s]
HRR en Segundo 356 1516Kw
70
Tiempo Activaciรณn Detector Humo: 48s
60
65
55 50 45 40 35 30
25 20 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
C Spr_0
C Spr_1
C Spr_2
C Spr_3
C Spr_4
C Spr_5
C Spr_6
C Spr_7
C Spr_8
C Spr_9
C Spr_10
C Spr_11
C Spr_12
C Spr_13
C Spr_14
C Spr_15
360
ESTÁNDAR VS RÁPIDA RTI 80 VS RTI 50 Techo liso a 3m Tiempo Activación Spr [s] HRR[kW]
RTI 80 242 686
RTI 50 232 638
Diferencia 10 48
Techo liso a 6m Tiempo Activación Spr [s] HRR[kW]
RTI 80 356 1521
RTI 50 354 1509
Diferencia 2 12
TECHO OBSTRUIDO
ROCIADORES DE RESPUESTA RÁPIDA RTI=50 EN TECHO OBSTRUIDO
ROCIADORES RTI=50 A 0.5m DEL TECHO Techo 3m Tiempo Activaciรณn 1ยบ Rociador: 196s Spr-10
Temperatura Rociador [ยบC] Vs Tiempo [s] 70
HRR en Segundo 196: 450 Kw Tiempo Activaciรณn Detector Humo: 42s
65 60 55 50 45 40 35 30 25
20 0
50
100
150
200
C Spr_0
C Spr_1
C Spr_2
C Spr_3
C Spr_4
C Spr_5
C Spr_6
C Spr_7
C Spr_8
C Spr_9
C Spr_10
C Spr_11
C Spr_12
C Spr_13
C Spr_14
C Spr_15
ROCIADORES RTI = 50 A 0.5m DEL TECHO Techo 6m Temperatura Rociador [ยบC] Vs Tiempo [s]
Tiempo Activaciรณn 1ยบ Rociador: 324s Spr-5
70
HRR en Segundo 354: 1272 Kw
65
60
Tiempo Activaciรณn Detector Humo: 45s
55 50 45 40 35 30 25 20
-20
30
80
130
180
230
280
330
C Spr_0
C Spr_1
C Spr_2
C Spr_3
C Spr_4
C Spr_5
C Spr_6
C Spr_7
C Spr_8
C Spr_9
C Spr_10
C Spr_11
C Spr_12
C Spr_13
C Spr_14
C Spr_15
ROCIADORES DE RESPUESTA ESTÁNDAR RTI=80 EN TECHO OBSTRUIDO
ROCIADORES RTI=80 A 0.5m DEL TECHO Techo 3m Temperatura Rociador [ยบC] Vs Tiempo [s]
Tiempo Activaciรณn 1ยบ Rociador: 209s Spr-10
80
HRR en Segundo 209: 518 Kw
70
Tiempo Activaciรณn Detector Humo: 40s
60
50
40
30
20 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
C Spr_0
C Spr_1
C Spr_2
C Spr_3
C Spr_4
C Spr_5
C Spr_6
C Spr_7
C Spr_8
C Spr_9
C Spr_10
C Spr_11
C Spr_12
C Spr_13
C Spr_14
C Spr_15
220
ROCIADORES RTI=80 A 0.5m DEL TECHO Techo 6m Tiempo Activaciรณn 1ยบ Rociador: 343s Spr-5 HRR en Segundo 343 1412Kw Tiempo Activaciรณn Detector Humo: 45s
Temperatura Rociador [ยบC] Vs Tiempo [s] 70 65 60 55 50 45 40
35 30 25 20
0
50
100
150
200
250
300
350
C Spr_0
C Spr_1
C Spr_2
C Spr_3
C Spr_4
C Spr_5
C Spr_6
C Spr_7
C Spr_8
C Spr_9
C Spr_10
C Spr_11
C Spr_12
C Spr_13
C Spr_14
C Spr_15
ESTÁNDAR VS RÁPIDA RTI 80 VS RTI 50 Techo Obstruido a 3m Tiempo Activación Spr [s] HRR [kW]
RTI 80 209 518
RTI 50 196 450
Diferencia 13 68
Techo Obstruido a 6m Tiempo Activación Spr [s] HRR [kW]
RTI 80 343 1412
RTI 50 324 1272
Diferencia 19 140
RESUMEN Techo Obstruido a 3m Tiempo Activaci贸n Spr [s] HRR [kW]
RTI 80 209 518
RTI 50 196 450
Diferencia 13 68
Techo Obstruido a 6m Tiempo Activaci贸n Spr [s] HRR [kW]
343 1412
324 1272
19 140
Techo liso a 3m Tiempo Activaci贸n Spr [s] HRR [kW]
242 686
232 638
10 48
Techo liso a 6m Tiempo Activaci贸n Spr [s] HRR [kW]
356 1521
354 1509
2 12
REDUCCIÓN DEL ÁREA DE DISEÑO PARA ROCIADORES DE RESPUESTA RÁPIDA 11.2.3.2.3 Rociadores de Respuesta Rápida. 11.2.3.2.3.1 Cuando se utilizan rociadores listados de respuesta rápida, incluyendo los rociadores de respuesta rápida de Cobertura extendida, en todo un sistema o una sección de un sistema con las mismas bases de diseño hidráulico, se deberá permitir reducir el área de operación del sistema sin revisar la densidad como se indica en la Figura 11.2.3.2.3.1, cuando se satisfagan todas las condiciones siguientes: (1) Sistema de tubería húmeda
(2) Ocupación de riesgo ligero o riesgo ordinario (3) Altura máxima del cielo raso de 20 pies (6,1 m)
(4) No hay huecos de cielo raso sin protección como está permitido por 8.6.7 y 8.8.7 que excedan los 32 pies² (3 m²) Figura 11.2.3.2.3.1 Reducción del Área de Diseño para Rociadores de Respuesta Rápida. NFPA13-2007
ROCIADORES A 0.5M DEL TECHO SIN OBSTRUCCIONES
ROCIADORES RTI=50 A 0.5m DEL TECHO SIN OBSTRUCCIONES Techo 3m
Tiempo Activaciรณn 1ยบ Rociador: 394s Spr-10 HRR en Segundo 394: 1749 Kw
Tiempo Activaciรณn Detector Humo: 40s
Temperatura Rociador [ยบC] Vs Tiempo [s] 70 65 60
55 50
45 40
35 30 25 20 0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
C Spr_0
C Spr_1
C Spr_2
C Spr_3
C Spr_4
C Spr_5
C Spr_6
C Spr_7
C Spr_8
C Spr_9
C Spr_10
C Spr_11
C Spr_12
C Spr_13
C Spr_14
C Spr_15
420
ROCIADORES RTI=50 A 0.5m DEL TECHO SIN OBSTRUCCIONES Techo 6m Tiempo Activaciรณn 1ยบ Rociador: 486s Spr-4 HRR en Segundo 486: 2693 Kw
Temperatura Rociador [ยบC] Vs Tiempo [s] 70 65
Tiempo Activaciรณn Detector Humo: 49s
60 55 50 45
40 35 30 25
20 0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
C Spr_0
C Spr_1
C Spr_2
C Spr_3
C Spr_4
C Spr_5
C Spr_6
C Spr_7
C Spr_8
C Spr_9
C Spr_10
C Spr_11
C Spr_12
C Spr_13
C Spr_14
C Spr_15
500
ROCIADORES RTI 50 INSTALADOS A 0.3m VS 0.5m DEL TECHO Techo liso a 3m Tiempo Activaciรณn Spr [s] HRR[kW]
Rociadores 0.3m 232 638
Rociadores 0.5m 394 1749
Diferencia 162 1111
Techo liso a 6m Tiempo Activaciรณn Spr [s] HRR[kW]
Rociadores 0.3m 354 1509
Rociadores 0.5m 486 2693
Diferencia 132 1184
PARA CONCLUIR Las diferentes geometrĂas del Techo, determinar el comportamiento del jet ceiling, generando patrones determinantes en la distribuciĂłn del calor.
PARA CONCLUIR • La Norma es consiente, que una activación temprana de los rociadores es la mejor manera de atacar los eventos de fuego, y por eso permite que al utilizar rociadores de respuesta rápida se tenga una disminución hasta de un 40% del área de diseño. • Esto con la premisa que los rociadores están bien instalados según el tipo de cielo.
PARA CONCLUIR • Una instalación inadecuada de los rociadores, conlleva a una activación tardía de los mismos, permitiendo una mayor cantidad de liberación de calor antes de la activación de los rociadores. Esta demora puede ser la diferencia entre la extinción de un conato o un incendio cuyas proporciones están fuera del alcance del diseño.
PARA CONCLUIR • Una instalación inadecuada de los rociadores, conlleva a una activación tardía de los mismos, permitiendo una mayor cantidad de liberación de calor antes de la activación de los rociadores. Esta demora puede ser la diferencia entre la extinción de un conato o un incendio cuyas proporciones están fuera del alcance del diseño. • Se observó como la mala instalación de los rociadores, puede generar el “salto” del rociador, y presentar una activación de rociadores lejos de la fuente de calor.
Agradecemos su Atenciรณn!!!!