Queima de 1/8 de “Estéreo”

Esta simulação foi baseada no trabalho de Rinne et al. (2007) e no tutorial da Thunderhead Engineering Consultants (2014c), sendo realizada a combustão de 1/8 de “estéreo”, ou seja, um oitavo de metro cúbico de peças de madeira com espaçamento entre elas.

6.3.1 Hipóteses e características do modelo

6.3.1.1 Dimensões

Os valores e características são virtualmente idênticas71 _{às utilizadas na simulação} anterior, estando apresentadas no item 6.2.1.1 (Figura 47).

Figura 47 - Vista inferior do modelo para destacar a área aberta e corte

Fonte: Elaborada pelo autor

71 _{Uma vez que o valor da largura das células não é múltiplo de dez foi preciso ajustar a posição das}

paredes (24 cm na direção X, 8 cm na direção Y da sala, 12 cm na direção Y da área externa, e 12 cm na direção Z), o que pode ser considerado desprezível dado volume da simulação.

Figura 48 - Visão 3D do modelo

Fonte: Elaborada pelo autor 6.3.1.2 Tempo de simulação

Assim como no modelo anterior, determinou-se um tempo total de simulação um pouco superior a quinze minutos (mil segundos), de maneira a obter-se um resultado consistente com a simulação do bloco de madeira.

6.3.1.3 Definição da malha para simulação

Para esta simulação foram utilizadas malhas de diferentes tamanhos, sendo elas: a) malha na área do “estéreo” com células de 0,02 m x 0,02 m x 0,02 m:

posicionada no centro da carga de incêndio, iniciando no piso com dimensões 0,96 m x 0,96 m x 1,76 m. Totalizando 202.752 células (Figura 49);

b) malha na área superior do “estéreo” com células de 0,04 m x 0,04 m x 0,04 m: posicionada no centro da carga de incêndio, iniciando a 1,76 m do piso com dimensões 0,96 m x 0,96 m x 3,36 m. Totalizando 48.384 células;

c) malha ao redor do “estéreo”72 _{com células de 0,08 m x 0,08 m x 0,08 m:} posicionada no centro da carga de incêndio, iniciando no piso com dimensões 3,52 m x 3,52 m x 5,12 m. Totalizando 114.688 células;

d) malha mais grosseira73 _{completando o resto do ambiente a ser simulado com} células de 0,16 m x 0,16 m x 0,16 m: posicionada no centro da carga de incêndio, iniciando no piso com dimensões 10,08 m x 10,24 m x 5,12 m. Totalizando 113.536 células;

e) malha da área externa com células de 0,16 m x 0,16 m x 0,16 m: posicionada na área exterior, iniciando no piso com dimensões 10,24 m x 5,12 m x 5,12 m. Totalizando 65.536 células;

De maneira geral o modelo possui onze malhas com 544.896 células. Figura 49 – Detalhe da malha mais refinada na área do “estéreo”

Fonte: Elaborada pelo autor

6.3.1.4 Caracterização dos materiais e superfícies

A característica do material e da superfície simuladas são as mesmas apresentadas nos itens 6.1.1.4 e 6.1.1.5.

72 _{Para não haver sobreposição de malhas, ela foi formada por quatro malhas distintas, deixando vazio}

o centro onde estão localizadas as duas malhas mais refinadas.

73 _{Para não haver sobreposição de malhas, ela foi formada por quatro malhas distintas, deixando vazio}

6.3.1.5 Carga de incêndio adotada

Para criar o 1/8 de “estéreo”74 _{foram utilizadas setenta (70) ripas de madeira iguais a} apresentada no item 6.1.1.1, com oitocentos centímetros cúbicos (800 cm³) de volume. Totalizando então, cinquenta e seis decímetros cúbicos (56 dm³) de madeira. As ripas foram igualmente espaçadas com seis centímetros (6 cm) de distância em grupos de cinco ripas, tendo sua orientação alternada em noventa graus entre cada camada, como pode ser observado na Figura 50.

Assim como no 6.1.1.6, ativou-se a opção de determinar a densidade aparente de cada objeto, mantendo-se sempre o valor de 369,6 kg/m³.

Dado que a área de piso do ambiente em que ocorre a queima é de cem metros quadrados (100 m²), a carga total de incêndio é de aproximadamente 3,70 MJ/m², ou 370,49 MJ.

Figura 50 – Detalhe 3D do “estéreo” e do ignitor

Fonte: Elaborada pelo autor

6.3.1.6 Posicionamento e caracterização dos ignitores

De modo a possibilitar a comparação com a queima do bloco de madeira, utilizou-se o mesmo ignitor apresentado no 6.2.1.6 (Figura 50).

74 _{Mais precisamente tem-se 14% de “estéreo”, ao invés de 12,5% de “estéreo, uma vez que este foi o}

6.3.1.7 Pontos de análise de temperatura

Foi utilizado somente um plano de análise de temperatura, estando localizado no plano direcional vertical Y-Z, com X = 5 m (Figura 51).

Figura 51 - Disposição do plano de medição de temperatura no modelo

Fonte: Elaborada pelo autor 6.3.2 Resultados

De maneira ilustrativa a Figura 52 apresenta a evolução da combustão da madeira, bem como a evolução do acúmulo de fumaça no ambiente e seu escape para a área exterior.

Figura 52 - Representação gráfica do incêndio modelado nos instantes t = 0, 30, 240 e 1000 s

Fonte: Elaborada pelo autor

A Figura 53 apresenta um detalhe da evolução do fogo no “estéreo”, bem como a labareda de fogo de maneira detalhada.

Figura 53 - Representação gráfica do fogo modelado nos instantes t = 0, 30, 300, 600, 700 e 1000 s

Fonte: Elaborada pelo autor

A Figura 54 apresenta a evolução do campo de temperaturas no plano Y-Z, tendo como valor máximo mil graus (1.000 °C) na chama e um aquecimento do ar na ordem dos oitocentos graus (800 °C).

Figura 54 - Temperaturas no plano Y-Z nos instantes t = 0, 30, 120, 700, 720 e 1000 s

Fonte: Elaborada pelo autor

Nas Figuras Figura 55 a Figura 60 estão as principais curvas para se realizar uma análise mais profunda da combustão de um material, ou até mesmo de um incêndio completo. Sendo elas: a curva da taxa de liberação de calor (HRR), a curva da taxa de geração de gases e as curvas de energia (radiação, convecção, condução e total).

Figura 55 – Curva da taxa de liberação de calor (HRR) do modelo

Fonte: Resultado obtido pelo Smokeview

Figura 56 - Curva da energia de radiação (Q_RADI) do modelo

Figura 57 - Curva da energia de convecção (Q_CONV) do modelo

Fonte: Resultado obtido pelo Smokeview

Figura 58 - Curva da energia de condução (Q_COND) do modelo

Figura 59 - Curva da energia total (Q_TOTAL) do modelo

Fonte: Resultado obtido pelo Smokeview

Figura 60 - Curva da taxa de geração de gases no tempo (MLR_TOTAL) do modelo

6.4 Análise

Na simulação de queima de uma ripa de madeira os resultados obtidos foram dentro do esperado.

A temperatura máxima de queima (Figura 37) alcançou um valor adequado de mil graus (1000°C) e a curva da taxa de liberação de calor (HRR) estava correta, podendo ser comparada com os resultados apresentados pelo tutorial da Thunderhead Engineering Consultants (2014b).

Um outro ponto importante a ser levantado é que foi possível realizar a combustão completa do material, com uma taxa de liberação de calor coerente, que é a base para uma simulação adequada de um incêndio.

As duas outras simulações são importantes do ponto de vista comparativo, sendo que foi observada uma grande variação do comportamento de queima do material, como era esperado.

A queima do bloco sólido de madeira atingiu valores bem menores de temperatura. Foram atingidos os setecentos e vinte graus (720 °C) (Figura 44) contra mil graus (1.000 °C) (Figura 54) na queima do “estéreo”. Esse aumento de quase quarenta por cento (40 %) era esperado, pois, mesmo que a carga de incêndio total seja cento e vinte e três por cento (123%) maior, a área de contato com o ar, ou seja, a área e contato com o comburente, é pouco mais de dezesseis vezes menor.

Ao comparar os gráficos da taxa de liberação de calor em função do tempo (Figura 38 e Figura 45), é possível verificar a enorme diferença entre os dois métodos de modelagem. No “estéreo” atingiu-se uma média de dezessete mil e quinhentos quilowatt (17.500 kW) contra duzentos quilowatt (200 kW) no bloco de madeira.

É importante frisar que essa diferença não é um erro de modelagem, mas sim uma diferença presente em situações reais de incêndio. Um modo de verificar que a simulação do bloco de madeira foi realizada de forma adequada é o consumo aparente da carga de incêndio, que pôde ser observada na Figura 43.

Por último, foi possível verificar a coerência da simulação computacional ao ser comparada a uma simulação real, uma vez que os valores encontrados foram equivalentes ao apresentados no trabalho de Rinne et al. (2007) e no tutorial da Thunderhead Engineering Consultants (2014c).

Por meio desta análise foi possível concluir que o formato da carga de incêndio é de extrema importância para o modelo. Sendo assim, é importante estudar o quão detalhada deve ser sua carga de incêndio de maneira a alcançar bons resultados.