En la investigación posterior, AEA Technology en Harwell, Oxfordshire, utilizó la técnica de modelado digital Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para tratar de comprender cómo se produjo un incendio que parecía tan pequeño: el Cuerpo de Bomberos de Londres y la Policía de Transporte Británica habían asistido pero solo observaron un incendio. del tamaño de una gran caja de cartón con pocas llamas visibles, y ordenó una evacuación lenta, podría haber escalado tan gravemente. Los modelos indicaron que estaba en juego un mecanismo hasta ahora desconocido, que los investigadores denominaron “efecto trinchera”.
La simulación sugería que las corrientes de aire habían confinado el fuego en la estrecha zanja de la escalera mecánica, entre las paredes que sostienen el pasamano, y que esto había calentado los peldaños de madera de los escalones de la escalera mecánica y las grasas que lubricaban la maquinaria situada debajo hasta el punto de que los gases inflamables Se liberaron, que luego se encendieron para formar un chorro de llama lo suficientemente potente como para hacer volar a la gente.
“Fue la primera vez que se demostró que la CFD hacía una predicción antes del experimento”, explica Guillermo Rein, profesor de ciencias del fuego en el Departamento de Ingeniería Mecánica del Imperial College de Londres.
“El efecto no había sido conocido por la humanidad antes y sugería que si tienes combustible para un incendio en una zanja cerrada donde el aire no puede entrar por los lados, obliga a las llamas a acercarse al combustible y eso acelera enormemente la combustión. “Extiende el fuego”.
La investigación fue realizada por personas que no trabajaban específicamente con el fuego, sino con el comportamiento general de los termofluidos, dice Rein, y al principio fue recibida con escepticismo. Pero luego fue confirmado por un experimento realizado por un eminente científico del fuego, el profesor Dougal Drysdale de la Universidad de Edimburgo.
“Normalmente se comenzaría con un experimento y luego se exploraría más a fondo con modelos digitales, pero esto fue al revés, y fue entonces cuando realmente comenzó el uso de CFD en la ciencia del fuego”. dice Rein.
Según Rein, existen dos formas de diseñar la seguridad contra incendios en los edificios. La mayor parte del diseño de edificios en todo el mundo es prescriptivo, afirma: se lleva a cabo de acuerdo con códigos y normas. “El libro diría que tienes un corredor de dimensiones definidas, y que se conectaría con un atrio, también de dimensiones definidas, y así sucesivamente. Presentarías esto a los reguladores de planificación y lo aprobarían porque cumplía con el código, aunque en realidad no es ingeniería: el diseñador realmente no tiene que pensar, calcular o tomar muchas decisiones”.
Este diseño prescriptivo está siendo reemplazado gradualmente por el diseño basado en el desempeño, que es un enfoque más libre que depende mucho más de la simulación CFD. Después de producir un diseño inicial con los arquitectos, los ingenieros de construcción realizan muchas simulaciones de diferentes tipos de incendio, en varios lugares del edificio, con ventanas abiertas o cerradas, con sistemas de rociadores operativos o averiados, etc., y utilizan estas simulaciones para demostrar al público autoridades que el diseño cumple con el nivel de seguridad equivalente a la normativa. Cualquier pregunta que puedan plantear los reguladores también se puede abordar mediante simulación.
El diseño basado en el rendimiento es caro y tiende a necesitar la participación de grandes equipos desde el inicio del proyecto, por lo que se limita principalmente a edificios comerciales grandes y prestigiosos. La construcción residencial estándar tiende a ser prescriptiva y no innovadora. Los cambios en el diseño para mejorar la seguridad contra incendios en este tipo de proyectos dependen de la actualización de los códigos de construcción, un proceso largo y controvertido, como queda claro a partir de la investigación sobre el incendio de la Torre Grenfell en 2017.
No es sencillo utilizar la simulación para modelar el fuego, debido al gran número de factores implicados en el comportamiento del fuego. “Implica reacciones químicas entre el combustible y el oxígeno, implica termodinámica e involucra mecánica de fluidos, principalmente en el comportamiento de los gases pero también, en menor medida, de los líquidos, y los tres interactúan entre sí de maneras complejas”, dice Rein. .
Siempre hay incógnitas. En el diseño basado en el desempeño, los equipos de proyecto deben determinar sus ‘fuegos de diseño’: los tipos de fuego para los cuales diseñan el edificio. “No se puede diseñar para una situación como el Gran Incendio de Londres, porque terminaríamos con búnkeres o iglús: son súper seguros pero nadie querría vivir o trabajar en ellos. Definir el ‘fuego de diseño’ contra el cual se diseña es una gran pregunta y necesita discusión entre el cliente, el arquitecto, los ingenieros y las autoridades”.
Como no es práctico diseñar contra explosiones enormes y relativamente improbables o pequeños incendios que serían fáciles de extinguir, se requiere pensar mucho en diseñar un “peor caso creíble” contra el cual un edificio estaría a salvo.
Las preocupaciones recientes sobre la seguridad contra incendios incluyen los incendios forestales influenciados por el cambio climático, los incendios resultantes de la ignición de baterías de iones de litio y los riesgos asociados con un mayor uso de materiales como la madera, que tienen menos impacto ambiental que el concreto convencional pero son potencialmente más inflamables. Todos estos presentan nuevos desafíos para los ingenieros que utilizan herramientas de modelado para comprenderlos y diseñar formas de afrontarlos.
El evento Mejora de la seguridad contra incendios mediante simulación y modelado de IMechE se llevará a cabo el 11 de junio de 2024 en el Centro Internacional de Convenciones de Birmingham. Obtenga más información y regístrese.
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