Curvas naturais avançadas

A finalidade deste tipo de curva é a de simular o incêndio em sua totalidade, ou seja, iniciando na ignição, o seu desenvolvimento, o ponto de flashover, a temperatura máxima atingida e, por último, a fase de decaimento das temperaturas.

Por meio dos fenômenos da transferência de calor e da termodinâmica, é possível desenvolver modelagens numéricas que levem em conta as propriedades térmicas dos gases e as trocas de massa e energia liberada na combustão do material.

Dentre os possíveis modelos, podem-se citar: modelos de zonas (zone models) e modelos de campo (field models).

 Modelos de zonas (zone models)

É um modelo numérico que consiste em uma divisão do compartimento em volumes horizontais, de modo a compreender a troca de calor entre elas.

Nesse modelo são assumidas as seguintes premissas:

 as características térmicas dessas camadas subdivididas são constantes;

 o cone de incêndio funciona como um projetor de fumaça e calor para a zona superior;

 o cone de incêndio possui pequena dimensão quando comparado com as dimensões do ambiente, sendo dessa forma ignorado para manter a primeira premissa verdadeira;

 o calor no ambiente não é absorvido pelos materiais combustíveis (ou materiais que compõem o mobiliário do ambiente), ou seja, o calor é apenas absorvido pelos elementos de isolamento;

 existe um equilíbrio térmico entre o interior do ambiente e a região externa ao ambiente;

 existe um equilíbrio de massas dos gases que saem do ambiente e dos gases que entram através das aberturas.

De maneira geral, são aceitos dois tipos de modelos: de uma zona e de duas zonas.

A utilização da análise do modelo de uma zona dá-se para incêndios totalmente desenvolvidos, ou seja, em situação de pós-flashover. Nesse estágio do incêndio, é razoável considerar que o ambiente possui apenas uma camada homogênea com características térmicas semelhantes (Figura 29).

Neste modelo, o código normativo europeu (EN 1991-1-2:2002) fornece equações para a avaliação do ambiente, considerando a conservação de massa e energia.

Para a análise de incêndio no estágio de pré-flashover, é recomendada a utilização de modelos de duas zonas (Figura 30), onde o ambiente em situação de incêndio é dividido em dois volumes horizontais que possuem características térmicas constantes.

Figura 29 – Modelo de uma zona (one-zone model) (COSTA, 2008)

Figura 30 – Modelo de duas zonas (two-zone model) (COSTA, 2008)

Apesar de o Eurocode apresentar um equacionamento simplificado, a análise termodinâmica do problema requer recursos mais refinados. Para isso, é necessário utilizar os recursos das equações diferenciais ordinárias para a conservação de massa e energia.

Diversos softwares possibilitam a modelagem matemática com o conceito dos modelos de zonas. Entre eles, podem-se citar: COMPF2 do National Institute of Standards and Technology – NIST (BABRAUSKAS, 1979 apud BUCHANAN, 2002), OZone da Université de Liège (CADORIN e FRANSSEN, 2003; CADORIN et al., 2003) e SFIRE-4 da Lund University (OLENICK e CARPENTER, 2003 apud COSTA, 2008).

 Modelo de campo (field model)

Neste tipo de modelo o incêndio pode ser considerado como um fluido, tendo como consequência uma avaliação no âmbito da dinâmica dos fluidos. Nesta

abordagem, é utilizado o conceito de um modelo em CFD (Computational Fluid Dynamics).

Considerada como uma técnica avançada, esse método constitui-se em uma análise de uma grelha tridimensional de elementos de volume de controle. O ambiente modelado computacionalmente é divido em centenas de milhares de volumes de controle, semelhante à análise do modelo de zonas. Assim, é permitido aplicar o modelo em geometrias de compartimentos mais complexas.

A partir dos dados de entrada – geometria do ambiente, materiais de constituintes do ambiente, aberturas, características dos materiais combustíveis, características da combustão, parâmetros de turbulência e de radiação – são encontrados resultados de temperatura, propagação dos gases (velocidade, movimento e espessura), previsão do tempo de resposta das proteções ativas e tempo necessário para o flashover.

Devido à grande dificuldade de manipulação dessa teoria, o seu uso só é viável por meio de softwares específicos. Além disso, o assunto pode ser considerado como em pleno desenvolvimento, por ser muito recente, com ainda um pequeno número de estudos sobre, motivo pelo qual ainda não foi utilizado de forma ampla em algum documento normativo (FRASSEN e ZAHARIA, 2005 apud COSTA, 2008).

Nas Tabelas 4 e 5 são apresentados os softwares que utilizam esse conceito.

Tabela 4 – Softwares utilizados no mundo para a modelagem em CFD

Software País Descrição

CFX Reino Unido De uso geral.

FDS EUA Código CFD específico para fluxos relacionados com incêndio.

FIRE Austrália Modelo CFD para avaliação de proteções ativas no processo de extinção de um incêndio.

FISCO-3L Alemanha / Noruega

Modelo de campo para um compartimento para descrever a interação da proteção ativa com os gases do incêndio com ventilação forçada ou natural. FLUENT EUA De uso geral.

JASMINE Reino Unido Modelo CFD para propagação de gases e fogo.

KOBRA-3D Alemanha Modelo CFD para transferência de calor e propagação de gases.

MEFE Portugal Modelo CFD para um ou dois compartimentos. Inclui a resposta no tempo dos termopares.

Tabela 5 – Softwares utilizados no mundo para a modelagem em CFD (cont.)

Software País Descrição

PHOENICS Reino Unido Software de uso geral.

RMFIRE Canadá Modelo bidimensional para o cálculo em regime transiente do movimento dos gases.

SMARTFIRE Reino Unido Modelo de campo. SOFIE Reino Unido /

Suécia Modelo CFD para propagação dos gases e do fogo.

SPLASH Reino Unido Modelo de campo para descrever a interação entre a água pulverizada pelos sprinklers e os gases do incêndio.

STAR-CD Reino Unido Software CFD de uso geral

Fonte: Dissemination of Fire Safety Engineering Knowledge – Difisek