TCC 918 Calorímetro de cono - Reacción del fuego a la madera

Introducción

Los reglamentos de construcción y las normas de seguridad modernos exigen que los materiales de construcción no sólo sean seguros desde el punto de vista estructural, sino también en caso de incendio. La madera, un material de construcción de probada eficacia, ofrece muchas ventajas, pero también conlleva riesgos, ya que puede inflamarse con small fuentes de calor como chispas, liberando gases de humo.

Como la inhalación de humo es la causa más común de muerte en los incendios y el humo denso dificulta la orientación y la huida, es esencial analizar el comportamiento del fuego y la emisión de humo de la madera.

Para confirmar la idoneidad de la madera como material de construcción desde este punto de vista, es necesario realizar pruebas de fuego exhaustivas y obtener certificaciones.

Condiciones de medición

Para investigar la reacción al fuego, se probaron probetas de madera de abeto (100 x 100 x 17 mm³) en el calorímetro de cono NETZSCH TCC 918 . Este dispositivo registra la tasa de liberación de calor (HRR), la pérdida de masa y la DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad y composición de los gases de combustión resultantes.

Las muestras de madera se colocaron en un portamuestras horizontal montado sobre una célula de carga para registrar continuamente la pérdida de masa durante la medición. Un cono de calentamiento eléctrico calentó las muestras desde arriba e inició la PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis de la madera. Una vez liberados suficientes gases de PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis, se procedió a la ignición mediante un encendedor de chispa. Los gases de combustión resultantes fluyeron a través del cono de calentamiento y fueron recogidos por un sistema de escape.

El caudal másico, la temperatura de los gases de combustión y las concentraciones de O₂, CO₂ y CO se midieron continuamente en el sistema de escape. Además, se determinó la DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad del humo mediante la transmisión de luz láser. El analizador de gases (Siemens Oxymat/Ultramat) se calibró antes de las mediciones y el ^factor C1 se comprobó utilizando un quemador de metano. Las condiciones de medición se resumen en la Tabla 1.

Tras calentar el cono calentador, se cerró el obturador y se colocó el portamuestras preparado sobre la placa base. La medición se inició mediante la apertura automática del obturador y los gases liberados se encendieron mediante el sistema de encendido automático. La figura 2 muestra la preparación de la muestra y la configuración de la medición.

^1Elfactor C es un parámetro de calibración clave en la calorimetría de cono, definido de acuerdo con la norma ISO 5660-1. Sirve como constante para la medición precisa de la temperatura. Sirve como constante para la determinación precisa de la tasa de liberación de calor (HRR) estableciendo la relación entre la señal del analizador de oxígeno y la energía calorífica real liberada.

Cuadro 1: Condiciones de medición

Resultados de las mediciones

La figura 3 muestra la pérdida de masa de las tres muestras de madera a lo largo del tiempo durante la combustión. Inmediatamente después de la ignición, se produce una rápida pérdida de masa debido a la combustión de componentes volátiles como el agua y las sustancias orgánicas altamente combustibles. Una vez extinguida la llama, comienza un lento proceso de incandescencia, que da lugar a una pérdida de masa menor y continua.

La figura 4 muestra la evolución de la tasa de liberación de calor (HRR⁾² de las muestras. Inmediatamente después de la ignición, la HRR de todas las muestras aumenta bruscamente y alcanza un máximo de aproximadamente 170 ^kW/m2. A medida que se consumen los componentes altamente inflamables, la HRR desciende significativamente, lo que indica una combustión menos intensa. Esto también indica que los volátiles se han consumido en gran medida y que la combustión de los residuos sólidos (carbón vegetal) es dominante. Un nuevo aumento de la HRR justo antes de que se apague la llama es típico de la madera y se debe a la ruptura de la capa de carbón vegetal, que libera más componentes volátiles que se queman a continuación. Transcurridos unos 20 minutos, los valores se estabilizan en un nivel inferior. Esto indica que la mayor parte del material combustible se ha consumido, dejando principalmente residuos carbonizados. Estos residuos siguen quemándose lenta y uniformemente, lo que da lugar a una liberación de calor sostenida pero baja.

² La tasa de liberación de calor (HRR) es una medida de la cantidad de calor liberado por unidad de tiempo durante la combustión de un material(https://analyzing-testing.NETZSCH.com/en/products/fire-testing/tcc-918)

Otro aspecto clave del análisis es la generación de humo, que se determina midiendo la transmisión. Una disminución de la transmisión indica un aumento de la DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad del humo. La figura 5 ilustra las mediciones de humo de las muestras y destaca la correlación entre la producción de humo y la liberación de calor. Inicialmente, hay un máximo pronunciado en la tasa de producción de humo (SPR), lo que indica una rápida ignición y la liberación de large cantidades de gases y partículas combustibles. Sin embargo, este pico inicial disminuye rápidamente, lo que es característico de la combustión de componentes volátiles que conducen rápidamente a la formación de humo.

Los resultados proporcionan información valiosa sobre los complejos procesos de combustión de la madera, especialmente en lo que se refiere a la pérdida de masa, la liberación de calor y la formación de humo.

Las diferencias entre las muestras son menores y pueden explicarse por variaciones naturales de la madera, como diferencias de estructura, humedad o DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad.

Resumen

En resumen, la madera es un material de construcción valioso y versátil, de aspecto natural, sostenible y resistente mecánicamente. La resistencia al fuego de la madera se ve mejorada por la formación de una capa de carbonilla que aísla la estructura interna de la madera y ralentiza la combustión. Esta capa de carbón contribuye a la estabilidad dimensional y a la resistencia de los componentes de madera, permitiendo que los edificios de madera permanezcan estructuralmente estables en caso de incendio durante más tiempo que muchos otros materiales.

La baja Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de la madera reduce la disipación de calor, lo que favorece la estabilidad dimensional y la resistencia de los componentes. Como resultado de estas propiedades, la estructura de los edificios de madera permanece intacta durante más tiempo en caso de incendio, lo que explica el dicho entre los bomberos de que "la madera arde con seguridad". Sin embargo, es vital que se siga investigando y optimizando la resistencia al fuego de la madera para garantizar la seguridad y longevidad de las estructuras de madera en la construcción moderna.