Introducción
Los ensayos de resistencia al fuego desempeñan un papel crucial a la hora de garantizar la seguridad personal, cumplir los requisitos legales y minimizar los posibles daños materiales, al evaluar cómo se comportan los materiales y los sistemas en condiciones de incendio. Los ensayos controlados verifican si los productos pueden soportar el calor, limitar la propagación del fuego y garantizar el funcionamiento fiable de los sistemas críticos de los edificios, como las alarmas contra incendios y los sistemas de extinción, en caso de emergencia.
Los ensayos contra incendios también confirman el cumplimiento de las normas nacionales e internacionales de seguridad contra incendios, que son requisitos previos esenciales para la obtención de licencias de obra y certificaciones de productos. Al mismo tiempo, se evalúa el rendimiento real de los materiales y los sistemas de protección para garantizar que proporcionen tiempo suficiente para una evacuación segura y limiten el impacto de un incendio.
Método TCC
Se analizó un material de referencia a base de polímeros. En el marco de un proyecto de desarrollo, se fabricaron varias variantes con modificaciones específicas del material para analizar de forma sistemática su influencia en los parámetros clave de comportamiento frente al fuego.
El objetivo principal era determinar en qué medida cambian los parámetros relacionados con el fuego en comparación con el material de referencia, así como identificar correlaciones entre dichos parámetros.
Para la investigación experimental se utilizó el método de « TCC 918 » (figura 1). Este método permite determinar simultáneamente varios parámetros relevantes en materia de incendios, entre ellos:
- Tiempo hasta la ignición (TOI)
- Tasa máxima de liberación de calor (HHRmax)
- Emisión total de humo (TSR)
- Pérdida de masa durante la combustión
La calorimetría de cono permite, por tanto, caracterizar de forma exhaustiva el comportamiento frente al fuego de los materiales a base de polímeros en condiciones de incendio definidas y reproducibles.
La determinación de la tasa de liberación de calor se basa en el principio del consumo de oxígeno, según el cual el calor liberado se calcula a partir del consumo de oxígeno medido en los gases de combustión.
Condiciones de medición
Las mediciones se realizaron con el calorímetro de cono NETZSCH TCC 918 , de conformidad con la norma ISO 5660-1. Los parámetros de medición se recogen en la Tabla 1.
Tabla 1: Condiciones de medición
| Soporte de la muestra | Horizontal |
| Flujo de calor | 50kW/m² |
| Caudal térmico nominal | 24,0 l/s |
| Distancia al calentador cónico | 25 mm |
Las muestras se colocaron en posición horizontal en el soporte de muestras y se sometieron a una DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad de flujo térmico constante de 50 kW/m². Esta carga térmica se corresponde con un escenario típico de incendio, lo que permite realizar una evaluación realista del comportamiento frente al fuego.
Durante la medición, se registraron de forma continua la tasa de liberación de calor, la producción de humo y la pérdida de masa.
La serie de ensayos incluyó los siguientes materiales:
- Material de referencia
- Variantes de desarrollo A, B, C y D
Todas las muestras eran materiales a base de polímeros con las siguientes propiedades geométricas:
- Superficie: 100 x 100 mm
- Espesor: 3,3 - 3,9 mm
- Masa: 53 - 62 g
Aunque la base del material es similar en todos los casos, las variantes se han modificado específicamente. La figura 2 muestra las muestras en el soporte antes de la medición.
Resultados de las mediciones
Comportamiento de ignición: el retardo como objetivo de desarrollo
Los tiempos de ignición medidos (TOI1) oscilaron entre 69 s y 86 s.
Con 86 s, la variante A presentó el tiempo de ignición más largo, mientras que el material estándar se situó en el rango medio de los materiales sometidos a ensayo.
Los resultados demuestran que las modificaciones específicas pueden mejorar la resistencia a la ignición. Un tiempo de ignición más largo significa que el material pasa a una combustión autosostenida en una fase más tardía bajo una carga térmica idéntica.
1TOI(tiempo hasta la ignición): intervalo de tiempo desde el inicio de la liberación de calor hasta que la muestra se inflama.
Liberación de calor: la norma sigue siendo el punto de referencia
Las tasas máximas de liberación de calor (HRRmax2) se situaron entre 102 y 128kW/m² (véase la figura 3).
El material estándar presentó la tasa máxima de liberación de calor más baja, mientras que las variantes de desarrollo A a D mostraron valoresde HRRmax comparables o ligeramente superiores.
No se observó ninguna reducción adicional en la tasa máxima de liberación de calor en comparación con el material de referencia. Por lo tanto, en lo que respecta a la liberación máxima de calor, el material estándar sigue siendo el punto de referencia.
Si bien solo se observaron diferencias moderadas en cuanto al comportamiento de ignición y la liberación máxima de calor, se produjeron diferencias más pronunciadas entre los materiales en lo que respecta a la emisión de humo.
2HRRmáx: tasa máxima de liberación de calor; valor más alto de HRR medido durante el ensayo y parámetro de la intensidad máxima del fuego.
Producción de humo: una clara diferenciación
Como se muestra en la figura 4, las mayores diferencias entre los materiales se aprecian en la generación de humo.
El material de referencia presenta la menor emisión total de humo (TSR3). La variante C muestra la mayor producción de humo, mientras que las variantes A, B y D se sitúan en el rango intermedio.
3TSR(Emisión total de humo): Cantidad total de humo liberada durante el ensayo; parámetro integral para la evaluación cuantitativa de la producción de humo a lo largo de toda la duración del incendio.
Estos resultados demuestran que mejorar parámetros concretos, como el tiempo de ignición, no reduce necesariamente la emisión de humo. Por lo tanto, el comportamiento frente al fuego de los materiales poliméricos constituye un problema de optimización multidimensional, en el que los cambios en la composición del material pueden afectar de forma diferente al comportamiento de ignición, la liberación de calor y la generación de humo.
Pérdida de masa: mecanismos de degradación comparables
La pérdida de masa relativa durante la medición osciló entre el 14 % y el 21 % (véase la figura 5). La expresión de los resultados como pérdida de masa relativa permite una comparación directa de los perfiles de degradación, a pesar de las pequeñas diferencias en la masa de las muestras. Solo se observan diferencias mínimas en la evolución temporal de la degradación del material entre las variantes examinadas. Los perfiles similares de las curvas sugieren que todos los materiales sufren Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición térmica y combustión de manera comparable. El material de referencia presenta una pérdida de masa ligeramente menor al inicio de la combustión, y las curvas convergen a medida que avanza el proceso.
Descripción de la muestra tras la medición
Una vez finalizadas las mediciones, se observó la formación de residuos significativos en todos los materiales (figura 6). Las diferencias en la estructura, la integridad y las características superficiales de los residuos se correlacionan con las variaciones observadas en el perfil de combustión.
Resumen
La calorimetría de cono, realizada con el sistema « NETZSCH » ( TCC 918 ), permite medir simultáneamente la liberación de calor, la producción de humo y la pérdida de masa, lo que proporciona una base experimental completa para evaluar y optimizar los materiales poliméricos en lo que respecta a su comportamiento frente al fuego.
El análisis de variantes de un material de referencia a base de polímeros revela diferencias significativas en los parámetros individuales relacionados con el fuego.
Entre los materiales ensayados, la variante A alcanza el tiempo de ignición más largo, con 86 s, lo que demuestra la mayor resistencia a la ignición.
Sin embargo, el material estándar sigue siendo la referencia en cuanto a la tasa máxima de liberación de calor, ya que presenta elHRRmax más bajo.
El material estándar también presenta las propiedades de desarrollo de humo más favorables, con la menor emisión total de humo; mientras que la variante C revela la mayor producción de humo.
La pérdida de masa relativa de todos los materiales se sitúa en un rango similar, entre el 14 % y el 11 %, lo que indica mecanismos de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición térmica comparables.
Los resultados demuestran que la optimización simultánea de todos los parámetros relacionados con el fuego no es fácilmente alcanzable. La mejora de parámetros individuales puede ir acompañada de cambios en otras características de comportamiento frente al fuego.
La calorimetría de cono permite una diferenciación precisa incluso entre formulaciones de materiales muy similares.