A Divisão Técnica de Engenharia de Incêndio tem a honra de desenvolver o primeiro documento voltado para a consolidação de boas práticas na simulação computacional com o uso de CFD (Computational Fluid Dynamics) para a Engenharia de Incêndio do Brasil. Assim sendo, este documento torna-se um marco histórico, que poderá nortear o pleno e necessário desenvolvimento da Engenharia de Incêndio no Brasil.
A Divisão Técnica de Engenharia de Incêndio é a responsável pela elaboração, consolidação, aprimoramento e atualizações constantes deste documento denominado de: “Manual de Boas Práticas para a Realização de Simulação Computacional ne Engenharia de Incêndio”.
No momento da elaboração e lançamento deste documento (Novembro de 2025), a Divisão Técnica de Engenharia de Incêndio possui a seguinte constituição:
Coordenador da Divisão Técnica: Engenheiro Carlos Cotta Rodrigues
Vice-Coordenador: Engenheiro José Félix Drigo
Secretário: Engenheiro Silvio Piga
Membro: Engenheiro Arthur Garuti
Aproveitamos para realizar agradecimento especial aos seguintes profissionais que realizaram inestimável apoio técnico durante a elaboração deste documento: Engenheiros Francisco Sbalchiero, Guilherme Lima da Silva e Pedro Villela.
Notas:
PARTE 1: INTRODUÇÃO, CONTEXTUALIZAÇÃO E
VANTAGENS DA CFD
Introdução e Pressupostos
Fundamentais
O CFD (Dinâmica dos Fluidos Computacional) é uma técnica consolidada que utiliza métodos numéricos para analisar problemas de escoamentos de fluidos, representando propriedades físicas (pressão, temperatura, velocidade) através de sistemas de equações diferenciais parciais (EDPs). Este Manual, elaborado pela Divisão Técnica de Engenharia de Incêndio do Instituto de Engenharia em setembro de 2025, estabelece boas práticas baseadas em estudos internacionais.
O CFD é uma ferramenta preditiva, fundamental na Engenharia de Incêndio e Ventilação de Fumaça. Programas como o FDS (Fire Dynamics Simulator), de domínio público e gratuito, são amplamente recomendados, embora exijam estudo detalhado dos critérios e limitações do NIST (National Institute of Standards and Technology).
Requisitos de Hardware:
Simulações complexas de Engenharia de Incêndio (ex: controle de fumaça, tenability, pressurização de escadas para edifícios > 90m) requerem alto poder computacional, necessitando de um mínimo de 64 a 72 cores (núcleos) e 512GB de memória RAM. Soluções baseadas em notebook não são aceitáveis, sendo o mínimo de 30 cores (núcleos) exigido.
Vetar softwares de escoamento potencial.
Capacidade de resolver escoamento multifásico e multi-espécie.
Acoplar equações de transferência de calor e ativar gravidade e empuxo.
Exemplos setoriais: Aerodinâmica e resfriamento.
Cadeia de valor do hidrogênio.
Na Engenharia em geral, o CFD foi usado em estudos de despoeiramento e
PARTE 2: VANTAGENS E CONTEXTUALIZAÇÃO
Alguns Tipos de Simulação Complexa com CFD
O CFD abrange simulações como cálculo de cargas de vento, segurança contra incêndio (propagação de fumaça e calor, dimensionamento de sprinklers), conforto térmico e ventilação natural, e eficiência energética.
Vantagens do CFD em Relação aos Métodos
Experimentais:
Custo Reduzido
Evita a construção de protótipos físicos ou maquetes.
Dados Detalhados
Fornece informações completas sobre velocidade, temperatura, pressão, turbulência e umidade em qualquer ponto.
Flexibilidade de Cenários
Permite testar múltiplas variações de projeto (materiais, aberturas, velocidade do vento) rapidamente.
Escala Real
Simula o ambiente em escala 1:1, evitando erros de escala de maquetes reduzidas.
Análise Holística
Simula diferentes sistemas de segurança e variáveis atuando de forma integrada, avaliando a interação de múltiplos fatores (ex: tempo de resposta de detecção e sprinklers, aberturas de portas, tempo de abandono, efeito pistão e efeito vento).
Modelos podem ser importados diretamente de ferramentas BIM e CAD. Integração
Simulações Extremas
Permite testar cenários difíceis ou caros de reproduzir fisicamente (ex: incêndios em andares altos, falha na ventilação).
O CFD em Projeto de Segurança Contra Incêndio:
O aumento da verticalização e da complexidade arquitetônica impulsionou a adoção da simulação computacional baseada em desempenho (performance-based design). O CFD permite refinamentos de altíssima complexidade e a elaboração de soluções eficazes, sendo que cada simulação é única e não pode ser extrapolada para outras edificações.
PARTE 2.1: VANTAGENS EM EDIFICAÇÕES E DESAFIOS
Vantagens do CFD em edificações: Avaliação quantitativa e qualitativa de cenários
Suporte a soluções baseadas em evidências
Contextualização: Desafios e Necessidade de Qualificação
O crescente uso de modelos computacionais em projetos de segurança contra incêndio, especialmente em estruturas complexas, não deve ser considerado trivial. A facilidade de acesso a ferramentas de CFD contribuiu para o aumento de usuários inexperientes. Profissionais com baixa qualificação podem gerar soluções inadequadas, com hardware insuficiente e tempos de simulação irrealistas (< 15 minutos), desconsiderando análise de riscos e Tenability.
É fundamental que o Engenheiro de Incêndio Modelador tenha conhecimento aprofundado da física e termodinâmica do fogo, bem como das limitações implícitas do método CFD e da sensibilidade da solução às hipóteses de modelo/cenário.
A principal vantagem do CFD é a análise antecipada na fase de projeto, permitindo correções mais simples e econômicas. Para um projeto de sucesso, é crucial definir e documentar previamente: objetivos, pressupostos, limitações, cenários a serem simulados, critérios de modelagem e critérios de sucesso.
PARTE 3: QUALIFICAÇÃO, QDR E LIMITAÇÕES
Experiência
e Qualificação
do Engenheiro de Incêndio Modelador
A aplicação da modelagem CFD exige maior grau de responsabilidade técnica, pois não existe um método padronizado único para todos os tipos de edificação.
Itens Chave da QDR: 1
Estabelecer objetivos de segurança (baseados em legislações e códigos, visando vida/patrimônio)
4
2
Concordar com as ferramentas e softwares adequados
Definir critérios de aceitação baseados em valores consagrados por normas e testes
3
Adotar softwares certificados com capacidade de processamento suficiente
5
Estabelecer cenários e definir o processo de revisão
Todas as conclusões da QDR devem ser documentadas com justificativas técnicas claras para aprovação pelos envolvidos. A utilização de modelos BIM (Building Information Modeling) é amplamente recomendada para facilitar a coordenação.
PARTE 3.1: LIMITAÇÕES DA MODELAGEM CFD
PARTE 4: PROCESSO E PREPARAÇÃO DO MODELO
Processo de Modelagem
PARTE 4.1: APRESENTAÇÃO DA ANÁLISE E DOS RESULTADOS
Apresentação da Análise e dos Resultados
Os resultados devem ser claros e demonstrar, por análise comparativa ou determinística, que o projeto é aceitável em relação aos critérios previamente definidos.
Elementos-chave:
01
Avaliação da permeabilidade das lajes, paredes e frestas
02
Validação do "efeito vento" típico para o modelo, que pode causar zonas de baixa pressão e interferir no gradiente interno 03
Confirmação de que o diferencial de pressão é suficiente para o cenário definido
PARTE 6: MODELAGEM DE GRANDES VOLUMES
Modelagem de Edifícios com
Grandes Volumes
O controle de fumaça é projetado para dar suporte à estratégia de abandono (ASET vs RSET) e auxiliar as operações de combate.
ocupantes conseguem abandonar antes da descida crítica da camada de fumaça. Volumes generosos podem dispensar controle ativo, mas o sistema pode ser justificado para proteção de ativos ou acesso de bombeiros (observar NFPA-204).
Locais de Reunião de Públicos
Projetos altamente desafiadores devido ao comportamento do público em estresse (idosos,
avalanche térmica carecem de dados experimentais consolidados para camada livre de fumaça sobre o público e rotas de evacuação
Átrios Envidraçados ou Enclausurados: O sistema de controle de fumaça limita a temperatura e garante Tenability, podendo permitir o uso de envidraçamento sem classificação de resistência ao fogo ou vidros com menor isolamento térmico.
Centros Comerciais (Shopping Centers): A fumaça flui para o mall para extração. Diretrizes tradicionais exigem camada livre de fumaça de 3,0 metros no regime estacionário (steady state fire). Estudos CFD demonstram a segurança de soluções alternativas.
PARTE 7: TAMANHO DA MALHA, INCÊNDIO E SIMULAÇÃO
Tamanho da Malha (Mesh)
Em grandes volumes, o uso de múltiplas malhas otimiza o processamento.
ser limitado ao atuar (shoots, átrios),
PARTE 7.1: INTERAÇÕES DE SISTEMAS E CRITÉRIOS DE TENABILITY
Interação com Sistemas
A ativação de sprinklers altera a curva de crescimento, podendo limitá-la ou reduzi-la.
A simulação deve integrar a interação de todos os sistemas (detecção, dumpers, CMFC, sprinklers).
Critérios de Tenability
São imprescindíveis para a simulação, incluindo:
• Temperatura (ex: limite NFPA-92 de 60°C)
• Monóxido de Carbono (CO) (ex: limite NFPA-92 de 1400 ppm)
• Visibilidade
O tempo de simulação deve incluir o tempo-resposta das equipes de emergência.
O estudo ASET vs RSET é prioritário.
PARTE 8: ESTACIONAMENTOS E DIRETRIZES
capacidade de combate
PARTE
9: MODELOS FÍSICOS E QUALIDADE DA SOLUÇÃO
Modelos Físicos Suplementares
Modelos de Turbulência:
PARTE 9.1: QUALIDADE E CONFORMIDADE DA MALHA E DA SOLUÇÃO CFD
Qualidade e Conformidade da Malha e da Solução CFD
Qualidade da Malha
Indicadores essenciais:
Ortogonalidade:
Qualidade ideal próxima de 1; mínimo aceitável > 0,01
Alongamento (Aspect Ratio):
Mede o alongamento da célula. Mudanças bruscas devem ser evitadas em regiões de fortes gradientes
Análise de Sensibilidade da Malha
O método aceito é o Índice de Convergência da Malha (GCI Recomenda-se que o GCI seja < 10% para confiabilidade.
Verificação de Convergência
O processo iterativo deve ser verificado por:
Resíduos: Convergência rigorosa é na ordem de 10 ⁶
Estabilização de Variáveis: Monitoramento de variáveis (Temperatura, Vazão, Pressão) que devem permanecer inalteradas após iterações subsequentes
PARTE 10: FONTE DE INCÊNDIO E FUMAÇA
A fumaça é composta por produtos da combustão, combustível não queimado e ar arrastado. A concentração de fuligem (soot) é o principal indicador de visibilidade, que é determinada pela correlação empírica de Visibilidade Escalar (S).
Modelagem Isolada da Fumaça:
Purga de Distribuição Inicial:
O domínio é preenchido com fumaça (temperatura e composição especificadas) e o CFD calcula o tempo de remoção por ventilação. A diluição da concentração inicial até 1% pode indicar o alcance de condições tenáveis. O conceito de post-fire smoke purge é crucial para a eliminação rápida da fumaça após o incêndio.
Modelagem da Fonte de Incêndio:
Fonte Volumétrica de Calor:
Simplifica o incêndio como uma fonte de calor. Limitada em casos de chama inclinada ou incêndio subventilado.
Modelos de Supressão (Sprinklers):
O sprinkler é modelado, de forma mais simples, pela restrição da HRR ou pela alteração da curva de crescimento do incêndio para um regime estável (steady fire) após a ativação do sistema. Modelagens avançadas de interação com partículas de água ainda são objeto de pesquisa.
Curva de Crescimento (t-quadrado):
Incêndios dependentes do tempo são modelados pela equação Rápido, Médio, Lento) dependem do tempo característico (tg) para atingir 1000 kW.
Disponibilidade de Ar:
É fundamental garantir ventilação suficiente para a combustão, evitando condições subventiladas. Aberturas (portas, janelas, ventilação mecânica) fornecem o ar. O uso de uma "entrada de ar artificial" de nível inferior pode ser um ponto de partida conservador, mas pode resultar em vazões irrealistas.
Incêndios Pós-Flashover:
Devem ser evitados no escopo típico de controle de fumaça. Nesses casos, a HRR é controlada pela ventilação (ventilation-controlled). A modelagem requer conhecimento avançado de radiação, condução e pirolise complexa.
PARTE 12: TENABILITY EM EDIFÍCIOS
Tenability em edifícios em caso de incêndios – limites e critérios para projetos
Tenability (Suportabilidade):
Critério mínimo aceitável, expresso numericamente, que garante a vida humana por um determinado tempo em incêndio. É um conceito fundamental para projetos baseados em desempenho, embora não haja um valor padronizado ou universalmente aceito. Legislações
Fontes de pesquisa
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