Introducción
Los materiales aislantes desempeñan un papel fundamental en la construcción de fachadas en el sector de la edificación: Reducen la transferencia de calor, frío, sonido y, en algunos casos, humedad entre el interior y el exterior. Esto reduce el consumo de energía de un edificio, mantiene el clima interior más estable y aumenta significativamente el confort en la vivienda.
¿Para qué se utilizan los materiales aislantes?
- Aislamiento térmico: Minimiza la pérdida de calor en invierno y evita el sobrecalentamiento en verano.
- Protección contra la humedad: Ciertos materiales regulan la humedad y evitan la condensación.
- Aislamiento acústico: Los materiales aislantes reducen el ruido aéreo y de impacto
- Protección contra incendios: Algunos materiales aislantes actúan como barrera contra el fuego o retrasan su propagación.
Los materiales aislantes contribuyen significativamente a la eficiencia energética, la protección acústica y contra la humedad, y la seguridad contra incendios de los edificios. Además del rendimiento térmico, el comportamiento ante el fuego es cada vez más importante, ya que tiene un impacto significativo en la propagación del fuego, el desarrollo del humo y la seguridad de la evacuación.
El calorímetro de cono TCC 918 (figura 1) según la norma ISO 5660-1 es un método de ensayo establecido para la evaluación cuantitativa del comportamiento al fuego de los materiales bajo efectos térmicos definidos.
En esta Nota de Aplicación, se prueban y comparan diversas variantes de materiales aislantes utilizando el Calorímetro de Cono NETZSCH TCC 918 .
Condiciones de medición
Se probaron cinco variantes de aislamiento con diferentes formulaciones y colores (blanco, rojo y tres tonos de gris) en el calorímetro de cono TCC 918 para investigar el comportamiento del fuego.
Este dispositivo registra diversos parámetros, como la tasa de liberación de calor (HRR), el tiempo hasta la ignición (TOI) y la producción total de humo (TSP). También permite hacer predicciones sobre el desarrollo del fuego.
Todas las pruebas se realizaron en condiciones idénticas, de conformidad con la norma ISO 5660-1, para garantizar una comparabilidad directa y significativa.
Cada uno de los materiales aislantes investigados (figura 2) se midió repetidamente utilizando muestras individuales.
El alcance de las pruebas se detalla en la tabla 1 y las condiciones de medición se enumeran en la tabla 2. Cada muestra de los distintos materiales aislantes se midió de forma independiente y en condiciones idénticas.
Las condiciones ambientales en el laboratorio se mantuvieron estables durante toda la serie de ensayos, con una temperatura aproximada de 24 a 25°C y una humedad relativa de 22 a 23%.
Cuadro 1: Alcance de las muestras de ensayo
| Fabricante ID | Color | Número de muestras medidas |
|---|---|---|
| Muestra W | blanco | 4 |
| Muestra R | rojo | 3 |
| Muestra G4 | gris1 | 3 |
| Muestra G5 | gris2 | 3 |
| Muestra G6 | gris2 | 3 |
Cuadro 2: Condiciones de medición
| Portamuestras | Horizontal |
| Flujo de calor | 25 kW/m2 |
| Caudal nominal | 24.0 l/s |
| Distancia al calentador de cono | 25 mm |
Resultados de las mediciones y panoramas comparativos
Todas las conclusiones presentadas en esta sección se basan exclusivamente en los resultados de las muestras individuales medidas.
Comportamiento de ignición
El tiempo de ignición (TOI1) evalúa la rapidez con la que un material se inflama cuando se expone a un nivel definido de calor. La muestra se expuso a una radiación térmica constante de 25 kW/m². El tiempo transcurrido desde el inicio de la irradiación hasta la primera aparición visible de llamas se define como el tiempo de ignición. Este tiempo se muestra directamente en la evaluación del software del calorímetro de cono como valor TOI.
Un tiempo de ignición corto indica que el material es altamente inflamable y absorbe energía y se calienta rápidamente, lo que provoca una ignición temprana de los productos de PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis gaseosos. Los materiales más resistentes a la llama necesitan más energía para calentarse y someterse a PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis, lo que provoca una ignición retardada.
En todos los materiales ensayados, existe una diferenciación clara y consistente en el comportamiento de ignición. En la figura 3 se puede ver una comparación.
- La variante blanca de las muestras investigadas presenta los tiempos de ignición más cortos y, por tanto, la menor resistencia a la radiación térmica. El resultado es un tiempo medio de ignición de 414 s.
- La variante roja tiene una resistencia media a la ignición, encendiéndose más tarde que la variante blanca pero antes que las variantes grises. En este caso, el tiempo medio de ignición es de 599 s.
- Las variantes grises muestran sistemáticamente los tiempos de ignición más largos. El tiempo medio de ignición calculado es de 862 s, lo que indica una mayor resistencia al flujo de calor aplicado.
Esto significa que los materiales grises muestran la mayor resistencia a la radiación de calor aplicada.
1Eltiempo hasta la ignición (TOI) define la rapidez con la que se produce la combustión con llama en un material. (NTA_Cone_Calorimeter_es_web.pdf, p. 7).
Intensidad de liberación de calor y desarrollo del incendio
La tasa de liberación de calor (HRR2) es uno de los parámetros clave utilizados para evaluar la intensidad del fuego. Se considera la fuerza motriz de un incendio: cuanto mayor sea la HRR, mayor será la inflamabilidad y el riesgo potencial de incendio.
La tasa de liberación de calor máxima (HRR máxima) indica el momento en que un material libera la mayor cantidad de calor, lo que resulta especialmente peligroso en caso de emergencia, ya que contribuye a la propagación del fuego de forma rápida e intensa.
El HRR pico permite realizar comparaciones claras y sencillas entre diferentes materiales y formulaciones.
Las figuras 4 a 6 muestran las curvas de medición de la tasa de liberación de calor para diferentes materiales aislantes.
2Latasa de liberación de calor (HRR) es una medida de la cantidad de calor liberado por unidad de tiempo durante la combustión de un material. (NTA_Fire_Testing_Systems_es_web.pdf p. 6)
La tabla 3 muestra las tasas máximas de liberación de calor (HRR pico3) de los distintos materiales aislantes.
Para mejorar la comparabilidad, se calcularon los valores medios de HRR pico de cada variante de material.
De los resultados pueden extraerse las siguientes conclusiones:
- variante blanca: aprox. 572 kW/m² → intensidad de fuego muy alta
- variante roja: aprox. 306 kW/m² → intensidad de fuego media a muy alta
- variantes grises: aprox. 289 kW/m² → intensidad de fuego media
Así, los materiales blancos muestran la liberación de calor más intensa tras la ignición, mientras que las variantes grises se caracterizan por valores pico de HRR más bajos.
3Peak-HRR- Tasa máxima de liberación de calor (NTA_Fire_Testing_Systems_de_web.pdf S.6)
Tabla 3: Comparación del pico de HRR
| grupo ID | Color | Valores pico de HRR (kW/m²) | Rango de HRR pico (kW/m²) | HRR pico media (kW/m²) | Intensidad del fuego observada |
|---|---|---|---|---|---|
| Muestra W | blanco | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | Muy alta |
| Muestra R | rojo | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | Media a alta |
| Muestra G4 | gris1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | Media |
| Muestra G5 | gris2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | Media |
| Muestra G6 | gris2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | Media |
Intensidad de crecimiento del fuego
La tasa media máxima de emisión de calor (MARHE4) ilustra las diferencias en la intensidad de crecimiento del fuego, ya que representa la emisión máxima de calor suavizada en el tiempo durante la prueba, lo que permite comparar el comportamiento ante el fuego de los distintos materiales.
La figura 7 muestra los valores MARHE (tasa media máxima de emisión de calor) de las distintas muestras de material, diferenciadas por colores: blanco, rojo y gris. Los valores se muestran como barras verticales, con la designación de la muestra correspondiente debajo de cada barra. Los valores MARHE indican la emisión media máxima de calor durante todo el ensayo de incendio.
4MARHE- Valor, (Max. Average Rate of Heat Emission) es la tasa máxima de liberación de calor determinada durante un ensayo con el Calorímetro de Cono según ISO 5660-1.
Interpretación
- Las muestras de la categoría blanca presentan predominantemente valores MARHE, que oscilan entre 76,7 kW/m² y 90 kW/m²
- Varias muestras presentan valores superiores a 80 kW/m², dos de ellas incluso cercanos a 90 kW/m².
→ Los materiales blancos presentan los valores MARHE más elevados, lo que representa el comportamiento más crítico del fuego, que se corresponde con los valores pico elevados de HRR e indica un rápido desarrollo del fuego.
- Las muestras de la categoría roja se encuentran en el rango medio y muestran variaciones significativas: Valores: 56.5 kW/m², 37,7 kW/m², 57,6 kW/m².
→ Las muestras rojas demuestran un comportamiento del fuego moderadamente alto, con algunas variaciones de una muestra a otra.
- Las muestras de la categoría gris tienen en su mayoría los valores MARHE más bajos, pero también hay dos valores atípicos.
- El rango principal se sitúa entre 39 y 60 kW/m².
→ Las muestras grises tienen en su mayoría los valores MARHE más bajos, lo que indica un crecimiento del fuego más controlado.
Desarrollo del humo
El desarrollo total de humo (TSP5) describe la cantidad total de humo liberado durante la prueba del calorímetro de cono según la norma ISO 5660-1, y es un parámetro clave para evaluar el comportamiento del humo.
El desarrollo total de humo difiere significativamente entre las formulaciones (Figuras 8 a 10).
- Todos los materiales grises alcanzan su meseta final después de aproximadamente 25 minutos, ofreciendo valores típicos entre 1650 m² y 1950 m².
- Los materiales blancos muestran una producción total de humo moderada, con valores que oscilan entre 1450 m² y 1650 m². La meseta final se alcanza a los 15 minutos.
- Las variantes rojas muestran la producción total de humo más baja de todos los materiales probados. Los valores alcanzan su meseta después de 18 minutos entre 1290 m² y 1350 m².
5La producción totalde humo (PTH) describe la cantidad total de humo producida durante todo el incendio (según ISO 5660-1)
Resumen
Las mediciones realizadas con el TCC 918 Calorímetro de cono TCC 918 muestran claramente diferencias reproducibles en el comportamiento frente al fuego de los materiales aislantes examinados.
Parámetros cuantitativos como el tiempo de ignición, la tasa de liberación de calor, la intensidad de crecimiento del fuego y el desarrollo del humo pueden utilizarse para caracterizar claramente y comparar directamente la inflamabilidad, la dinámica del fuego y el comportamiento del humo.
Los resultados demuestran claramente el impacto de varias formulaciones de materiales y ofrecen una base sólida para el desarrollo de materiales, la optimización de formulaciones y la evaluación comparativa en un entorno de laboratorio controlado.