Impacto da pluma simplificada na estimativa do fluxo de massa que entra em uma pluma de incêndio

Abstract

Quando uma massa de gases aquecidos é envolvida por gases frios, os gases quentes irão ascender devido a uma diferença de temperatura. Isto é o que acontece acima de uma fonte de combustível que sofreu ignição, na qual a coluna de gases quentes que sobe é conhecida como pluma do incêndio. Dado a complexidade da pluma de incêndio, a qual envolve fluxo turbulento, reações químicas e forças de flutuabilidade, não é surpresa a nossa limitação do conhecimento em estimar parâmetros como velocidade, temperatura, altura da chama, entre outros. Na engenharia, para estudar fenômenos complexos é usual realizar experimentos e utilizar parâmetros de similaridade para aplicar os resultados a outras configurações. A análise de variáveis de uma pluma de incêndio, como o seu fluxo de massa, temperatura e velocidade da linha central, são de extrema importância na Engenharia de Incêndio quando se trata do projeto de sistema de fumaça, detectores e chuveiros automáticos (sprinklers). Ademais, diversos meios de calcular essas variáveis são encontrados na literatura atualmente. Modelos da pluma de incêndio, como o de Heskestad, Thomas, Zukoski e McCaffrey são os mais utilizados hoje em dia. Na pluma de incêndio de Heskestad foi introduzida uma ferramenta importantíssima que visa à obtenção de dados mais realísticos de uma pluma de incêndio, chamada de origem virtual, na qual diz que o ponto em que toda a energia da pluma ideal é concentrada é substituído por uma origem virtual. Com este cenário, o objetivo desta pesquisa foi de avaliar o impacto do uso da origem virtual, proposto por Heskestad, na estimativa de variáveis como o fluxo de massa e a temperatura e velocidade da linha central de uma pluma de incêndio. A pesquisa realizada neste trabalho foi de caráter quantitativo, na qual foram usadas variáveis próximas às situações reais, em que se calculou com e sem o uso da origem virtual o fluxo de massa e a temperatura e velocidade da linha central de uma pluma de incêndio. Em seguida, esses dados foram comparados e o impacto da origem virtual foi obtido. A variação do fluxo de massa com o uso da origem virtual para uma altura acima da superfície do incêndio de 20 metros indicou que para densidades de energia menores a equação simplificada da pluma de Heskestad subestimou o fluxo de massa, enquanto que para densidades de energia maiores a origem virtual sobreestimou. Por outro lado, para uma densidade de energia constante, a velocidade da pluma no seu eixo central não é sensível à origem virtual ao variar a altura da pluma. Já a temperatura do eixo central é sensível à origem virtual para baixos valores de altura da chama, na qual o uso da origem virtual sobreestimou, porém para grandes valores de altura a temperatura do eixo central não é sensível à altura virtual da pluma.