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Un modelo vanguardista de la propagación de los incendios en el que se equilibra la velocidad y la precisión

Los incendios son complicados y caros de modelar, razón por la que la ingeniería no suele hacerlo. Pero un sistema nuevo facilita esta tarea.

Seguridad

Los incendios han sido y siguen siendo peligrosos. Si bien la situación tiende hacia la mejora, en Europa decenas de miles de incendios en viviendas y otros edificios provocan cerca de 4 000 muertes anuales y cuestan a Europa más de 100 000 millones de euros al año. Los ingenieros de seguridad precisan por tanto modelar a menudo el comportamiento del fuego para evitar la ejecución de experimentos complejos y caros. Si bien estas simulaciones están plagadas de retos computacionales. El proyecto financiado con fondos europeos RAD-FIRE, realizado con el apoyo del Programa Marie Curie, desarrolló modelos precisos y eficaces del comportamiento de los incendios para provecho de los ingenieros. La innovación resuelve las dificultades que plagaban formas anteriores de modelar el fuego. La modelización del comportamiento de los incendios se basa en una rama de la computación denominada dinámica de fluidos computacional (DFC), la cual simula todo el conjunto y tiene en cuenta la interacción de muchas variables complejas. El factor más importante en un incendio es la radiación térmica, esto es, el calor que procede directamente desde la fuente y no viaja a través de las corrientes de aire o por conducción. El reto de la modelización Según afirma el profesor adjunto y coordinador del proyecto Siaka Dembele: «La modelización de la radiación térmica en códigos de DFC para la simulación de incendios ha sido desde antaño todo un reto para científicos y modelizadores dedicados a este ámbito. Los modelos sencillos, que calculan la fracción del calor radiado, pueden ejecutarse fácilmente en medios informáticos, pero sus resultados con poco precisos debido a las simplificaciones que conllevan». Las predicciones a partir de estos modelos simples no son muy fiables. Por otro lado, las técnicas computacionales como los métodos de ordenados discretos o volumen finito son mucho más avanzadas y precisas, pero también requieren capacidades de computación extraordinarias. Ambos métodos tardan mucho en calcular los resultados, lo cual supone un desembolso de dinero y resulta poco práctico para los ingenieros que deben ejecutar muchas simulaciones rápidamente. Simple y preciso El profesor Dembele añade: «Lo que falta en los códigos de DFC sobre seguridad antiincendios es una solución intermedia viable». Esta es la propuesta de RAD-FIRE. «Nuestro modelo nuevo conserva el rigor y la precisión de los modelos avanzados, pero con un tiempo de computación mucho más corto». De este modo se ofrece una opción fiable y precisa para ingenieros dentro de unos márgenes de aceptabilidad. Una mejora fundamental es el cálculo de las propiedades radiativas de los gases de combustión (vapor de agua, dióxido de carbono y monóxido de carbono principalmente). La energía térmica se transfiere sobre todo como radiación infrarroja. Y al igual que la luz, las ondas infrarrojas tienen muchas longitudes de onda, como los colores, que se aprecian distintas en un arcoíris en el espectro visible. Los gases calientes emiten energía en forma de líneas de emisión y a su vez absorben energía en líneas. La combustión puede llegar a producir miles de líneas espectrales de emisión y absorción. Los métodos actuales dedicados a la radiación de gases modelan cada línea por separado, lo que amplía el tiempo de procesado. Los investigadores de RAD-FIRE simplificaron los cálculos espectrales de miles de líneas a unas pocas bandas anchas de líneas similares. Un segundo elemento que mejoró la modelización es la simplificación de los cálculos fundamentales. El equipo desarrolló un método en el que se utilizan dos aproximaciones para calcular la transferencia de calor radiativa del incendio. La división de los cálculos produce un algoritmo mucho más sencillo en comparación con los métodos previos. Los investigadores concluyeron que era capaz de determinar adecuadamente las características de la llama. Los modelos nuevos de RAD-FIRE reducen el tiempo necesario para ejecutar la computación en factores superiores a cien en algunos casos y, sin embargo, su precisión es comprable a la de los anteriores. Hasta ahora, los dos factores que impedían que los ingenieros en la materia emplearan este tipo de modelos habían sido el tiempo y los costes. En adelante, y gracias al nuevo algoritmo de RAD-FIRE, estos mismos ingenieros podrán modelar con precisión y economía los incendios para predecir mejor su desenlace y lograr edificios más seguros.

Palabras clave

RAD-FIRE, incendio, modelización, DFC, seguridad contra incendios, radiación térmica, combustión, ingeniería, dinámica de fluidos computacional, transferencia de calor

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