Cuando pensamos en un incendio solemos imaginar combustible ardiendo y calor liberándose. Sin embargo, desde el punto de vista de la dinámica de fluidos, un incendio también puede entenderse como un motor que pone en movimiento grandes masas de aire dentro del edificio.
En la presentación adjunta desarrollo un ejercicio sencillo pero revelador. Imaginemos una habitación de 3 × 3 × 2.4 m, donde un incendio de mobiliario desarrolla una potencia promedio de 500 kW durante 30 minutos. Ese incendio libera aproximadamente 900 MJ de energía. A partir de esa energía podemos estimar tres cosas fundamentales.
- Cuánto oxígeno consume la combustión.
Usando la relación clásica entre calor liberado y consumo de oxígeno, el incendio requiere aproximadamente 69 kg de oxígeno para sostenerse durante ese tiempo.
- Cuánto aire necesita realmente la reacción química.
Dado que el aire contiene alrededor de un 23 % de oxígeno, la combustión requiere cerca de 300 kg de aire para producir esa energía.
3.Cuanto aire arrastra el fuego
Hasta aquí todo parece intuitivo. Pero el fenómeno realmente interesante aparece cuando analizamos la pluma térmica del incendio. A medida que los gases calientes ascienden, arrastran aire del entorno mediante el proceso de entrainment. Utilizando las correlaciones clásicas de dinámica del fuego, podemos estimar que a 1.8 m sobre el foco la pluma arrastra aproximadamente 1.5 kg de aire por segundo. Si ese flujo se mantiene durante los 30 minutos del incendio, la masa total de aire puesta en movimiento alcanza aproximadamente 2700 kg.
Es decir, el incendio necesita 300 kg de aire para quemar, pero termina moviendo cerca de 2.7 toneladas de aire dentro del recinto. Esta diferencia es fundamental para entender fenómenos como: La propagación de humo, la estratificación térmica, la ventilación inducida por el incendio y la evolución de la capa de gases calientes en un compartimento.
La comparación entre oxígeno consumido, aire mínimo requerido y aire arrastrado por la pluma muestra que la dinámica de un incendio no puede entenderse solo desde la química de la combustión. La flotabilidad transforma la energía térmica en movimiento de gases, y ese movimiento puede superar ampliamente la masa de aire que el fuego necesita para quemar. En otras palabras, el fuego no solo transforma combustible en calor. También transforma energía térmica en movimiento de aire.
En la presentación adjunta muestro paso a paso los cálculos de este ejercicio y cómo se relacionan el consumo de oxígeno, el aire requerido para la combustión y el aire arrastrado por la pluma térmica.
Porque en dinámica del fuego, entender cuánto aire respira un incendio es tan importante como entender cuánto combustible quema.
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