Engenharia de segurança contra incêndios num teatro: simular um foco de incêndio para otimizar a evacuação dos fumos, dos produtos de combustão e das pessoas.
A experiência da EOLIOS em mecânica dos fluidos permitiu um estudo rigoroso para assegurar a segurança do local em caso de incêndio: analisar os riscos potenciais, avaliar as medidas existentes e identificar as zonas de risco e as medidas suplementares a implementar.
Métodos de modelação avançados simularam o comportamento do fogo em diferentes cenários, para avaliar a amplitude dos danos potenciais e determinar as zonas de impacto. Nesta base, a EOLIOS recomendou sistemas de deteção e de combate adaptados, e melhorias da ventilação e da evacuação dos fumos.
A dinâmica dos fluidos computacional (CFD) garante que as vias de evacuação permaneçam desobstruídas e que os sistemas de extração de fumo sejam concebidos de forma eficaz.
O essencial. Para um teatro que pode acolher de 30 a 700 espetadores, a EOLIOS conduziu um estudo de engenharia de segurança contra incêndios (ISI) por simulação CFD/FDS. Um modelo 3D do local serve para simular um foco de incêndio nos cenários mais desfavoráveis: propagação do calor e dos fumos, visibilidade, obstrução das saídas. Objetivo: dimensionar uma extração de fumo eficaz e garantir vias de evacuação desobstruídas.
Os teatros acolhem de 30 a 700 espetadores consoante a sua dimensão: é primordial prever a evacuação súbita de um grande número de pessoas. Em caso de incêndio, o fumo aumenta e propaga-se, podendo provocar o bloqueio das vias de evacuação (calor, emanações, má visibilidade). O estudo de extração de fumo modela a propagação dos fumos para otimizar a sua evacuação e a das pessoas, nas melhores condições.
A engenharia de segurança contra incêndios avalia pelo cálculo o comportamento de um incêndio real em vez de aplicar apenas regras prescritivas. Simula a propagação do calor e dos fumos para verificar que a evacuação e a intervenção dos meios de socorro permanecem possíveis, e para dimensionar as medidas: extração de fumo, compartimentação, saídas.
A totalidade do local foi reproduzida com um software 3D pelos engenheiros EOLIOS, a partir do modelo 3D do edifício e dos seus sistemas. Esta modelação permite em seguida realizar a simulação CFD para cada cenário. A volumetria é realizada para ter em conta todos os elementos que têm impacto na aeráulica do volume, sem sobrecarregar o modelo de detalhes inapropriados, a fim de maximizar a potência de cálculo nas zonas sensíveis.
O Fire Dynamics Simulator é um software de CFD especializado nos incêndios, desenvolvido pelo NIST. Resolve os escoamentos governados pelo fogo (fumos quentes, flutuabilidade) e restitui a evolução no tempo das temperaturas, das velocidades de ar e da visibilidade.
Os softwares de estudo de fluidos não preveem a ignição dos objetos combustíveis: o fenómeno de combustão não é modelado. O incêndio é representado por um modelo volumétrico de calor, que só tem em conta os efeitos térmicos e tóxicos da combustão, num volume definido.
O débito calorífico (potência do fogo) não é constante (pequenas chamas, chamas vivas, extinção): estudos preliminares determinam a sua evolução temporal e as taxas de emissão dos produtos de combustão, dados de entrada do modelo. A EOLIOS dispõe de uma base de dados das condições de geração de fumos para os materiais correntes.
O débito calorífico, ou HRR (heat release rate), é a potência térmica libertada pelo fogo ao longo do tempo. Cresce das primeiras chamas ao pleno desenvolvimento e depois decresce na extinção; é o principal dado de entrada que governa a produção de fumos e de calor na simulação.
Sendo a posição precisa de um futuro foco imprevisível, vários cenários são estudados nos casos mais desfavoráveis: maximizar o trajeto dos fumos até ao exutor, maximizar o tempo de deteção, retardar a descoberta, bloquear uma saída de emergência, ou favorecer a acumulação de calor e de fumos. Cada cenário define a posição e a caracterização do foco e os elementos que afetam o desenvolvimento do incêndio.
Uma simulação CFD é realizada para cada cenário (condições de fronteira, malha automática refinada nas zonas sensíveis). Estuda-se o deslocamento de calor e de fumo, que segue o movimento do ar gerado pelo incêndio, e determina-se a duração ao fim da qual cada saída de emergência ficaria obstruída.
Os resultados permitem apreender as condições térmicas e o fluxo de calor sofridos durante a evacuação e a intervenção dos bombeiros. A EOLIOS propõe um novo sistema de extração de fumo que tem em conta a segurança das pessoas, as regulamentações e as condições ambientais, bem como propostas de ordenamento (saídas de emergência, portas corta-fogo) face à velocidade de propagação dos fumos, às temperaturas e à visibilidade.
A reter. Como a posição de um futuro foco é imprevisível, a robustez de uma extração de fumo avalia-se nos cenários mais desfavoráveis, não num caso médio. A simulação compara esses casos para posicionar da melhor forma exutores, portas corta-fogo e saídas antes das obras.
Extração de fumo de um teatro, modelação do fogo e cenários de evacuação.
Um teatro acolhe de 30 a 700 espetadores que é preciso poder evacuar rapidamente. Em caso de fogo, o fumo pode bloquear as saídas pelo calor, pelas emanações e pela perda de visibilidade; o estudo modela a propagação dos fumos para dimensionar a sua evacuação e a das pessoas. Para os grandes volumes em altura, ver também o nosso dossiê sobre a extração de fumo dos átrios (IT 263).
Não. A combustão não é modelada: o fogo é representado por um modelo volumétrico de calor que só tem em conta os seus efeitos térmicos e tóxicos num volume definido.
É a potência térmica libertada pelo fogo ao longo do tempo. Cresce das primeiras chamas ao pleno desenvolvimento e depois decresce na extinção; é o principal dado de entrada que governa a produção de fumos e de calor.
Sendo a posição de um futuro foco imprevisível, estudam-se os casos mais desfavoráveis: trajeto dos fumos maximizado, deteção retardada, saída bloqueada ou acumulação de calor e de fumos.
Um novo sistema de extração de fumo que tem em conta a segurança das pessoas, as regulamentações e as condições ambientais, bem como propostas de ordenamento (saídas de emergência, portas corta-fogo) consoante a velocidade de propagação dos fumos, as temperaturas e a visibilidade.
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Simulação CFD (FDS) de um foco de incêndio no palco de um teatro: propagação do calor e dos fumos, velocidade e direção dos fluxos de ar, concentração dos produtos de combustão e avaliação das vias de evacuação, para identificar as medidas de segurança que garantem uma evacuação rápida e segura.
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