Efectis compara resultados experimentales con los obtenidos en una simulación con FDS en un caso de liberación y dispersión de hidrógeno.
El programa de cálculo FDS (Fire Dynamics Simulator) es uno de los más utilizados para las simulaciones de ingeniería de seguridad contra incendios. Este ejemplo, realizado por Efectis, presenta su aplicación en el contexto de un caso experimental de liberación y dispersión de hidrógeno no inflamado en una sala que dispone de huecos de ventilación. Los datos del ensayo están disponibles para consulta [1][2], permitiendo la comparación de los resultados experimentales con los obtenidos en la simulación, y así validar el uso del FDS [3] para situaciones de liberación que pueden ser representativas de una fuga de gas en un local y prever el posible alcance del LIE (Límite Inferior de Explosividad).
El área de cálculo modelada tiene unas dimensiones de 4,00 x 1,15 x 2,00 m (largo x ancho x alto), y está abierta al exterior con temperatura y presión ambiente estándar. Se utiliza una malla regular de 588.800 celdas de tamaño uniforme 2,5 x 2,5 x 2,5 cm. Se consideran los modelos de cálculo por defecto del FDS. El suelo se considera isotérmico a 20°C. La sala tiene unas dimensiones de 2,90 m × 0,75 m × 1,20 m (largo x ancho x alto), y está totalmente contenida dentro del dominio de cálculo. En su extremo derecho, un respiradero en el techo y otro en la parte inferior de la puerta le proporcionan ventilación natural. Los respiraderos tienen una superficie de 0,045 m² correspondientes a unas dimensiones de 0,15 x 0,30 m.
La fuga de hidrógeno está situada a nivel del suelo en el extremo izquierdo del pasillo y su duración es de 1200 s con un caudal de 9,43833 × 10-4 m3/s. El área de fuga es de 0,045 m², que se corresponde con unas dimensiones de 0,15 x 0,30 m. Se utilizan cuatro sensores S1 a S4 para medir la concentración volumétrica local de hidrógeno (2 en la parte superior, 2 en la parte inferior de la sala).
Las características de la geometría simulada se muestran en la siguiente figura, y también se muestran las ubicaciones de la fuga de H2 (entrada), los respiraderos (huecos del techo y de la puerta) y los sensores de concentración (S1 a S4). Se incluye igualmente un ejemplo de estratificación del flujo a lo largo de la línea central del compartimento, que muestra un gradiente de concentración bien establecido. Las concentraciones de H2 medidas en las posiciones S1 a S4 del sensor durante las simulaciones FDS se comparan con los resultados experimentales. Los valores de concentración de hidrógeno predichos con FDS son muy comparables a los medidos dentro de las incertidumbres experimentales y numéricas, especialmente para los sensores más cercanos al suelo (S1 y S4). En el nivel máximo (S2 y S3), las concentraciones están generalmente sobreestimadas por el FDS y, por tanto, siguen siendo seguras.
En este ejemplo el programa FDS predice correctamente las concentraciones de gas hidrógeno no inflamado en una sala ventilada. La estratificación del flujo se reproduce correctamente. El LIE (4% en volumen) es simulado también correctamente por FDS.
Con el desarrollo de una movilidad energética más ecológica, el uso del hidrógeno para vehículos es un nuevo riesgo que se debe tener en cuenta. La simulación de los riesgos vinculados a los escapes de gas en locales como garajes o aparcamientos es crucial. La validación de los programas de cálculo para este tipo de aplicaciones se está convirtiendo en un importante campo de desarrollo, con el fin de prevenir los riesgos que conlleva.
- Swain, M.R., Grilliot, E.S. and M.N. Swain, Experimental verification of a hydrogen risk assessment method. Chemical Health & Safety, 1999. 6(3): p. 28-32.
- Koutsourakis N., Tolias I., Venetsanos A.G, Bartzis J.G. (2012). Evaluation of an LES Code against a Hydrogen Dispersion Experiment. CFD Letters Vol. 4(4) 2012
- Fire Dynamics Simulator https://pages.nist.gov/fds-smv/
