Introdução
Os materiais de isolamento desempenham um papel fundamental na construção de fachadas no setor de construção: Eles reduzem a transferência de calor, frio, som e, em alguns casos, umidade entre as áreas internas e externas. Isso reduz o consumo de energia de um edifício, mantém o clima interno mais estável e aumenta significativamente o conforto da vida.
Para que são usados os materiais de isolamento?
- Isolamento térmico: Minimiza a perda de calor no inverno e evita o superaquecimento no verão
- Proteção contra umidade: Certos materiais regulam a umidade e evitam a condensação
- Isolamento acústico: Os materiais isolantes reduzem os sons aéreos e de impacto
- Proteção contra incêndio: Alguns materiais de isolamento atuam como uma barreira contra o fogo ou retardam sua propagação.
Os materiais de isolamento contribuem significativamente para a eficiência energética, a proteção contra som e umidade e a segurança contra incêndio dos edifícios. Além do desempenho térmico, o comportamento do fogo está se tornando cada vez mais importante, pois tem um impacto significativo na propagação do fogo, no desenvolvimento da fumaça e na segurança da evacuação.
O TCC 918 Cone Calorimeter (figura 1), de acordo com a ISO 5660-1, é um método de teste estabelecido para a avaliação quantitativa do comportamento do fogo de materiais sob efeitos de calor definidos.
Nesta Nota de Aplicação, diversas variantes de materiais de isolamento são testadas e comparadas usando o Calorímetro de Cone NETZSCH TCC 918 .
Condições de medição
Cinco variantes de isolamento com diferentes formulações e cores (branco, vermelho e três tons de cinza) foram testadas no Calorímetro de Cone TCC 918 para investigar o comportamento do fogo.
Esse dispositivo registra vários parâmetros, inclusive a taxa de liberação de calor (HRR), o tempo de ignição (TOI) e a produção total de fumaça (TSP). Ele também permite que sejam feitas previsões sobre o desenvolvimento do fogo.
Todos os testes foram realizados em condições idênticas, de acordo com a norma ISO 5660-1, para garantir uma comparabilidade direta e significativa.
Cada um dos materiais de isolamento investigados (figura 2) foi medido repetidamente usando amostras individuais.
O escopo dos testes está detalhado na tabela 1 e as condições de medição estão listadas na tabela 2. Cada amostra dos diversos materiais isolantes foi medida de forma independente e sob condições idênticas.
As condições ambientais no laboratório permaneceram estáveis durante toda a série de testes, com uma temperatura aproximada de 24 a 25°C e uma umidade relativa de 22 a 23%.
Tabela 1: Escopo das amostras de teste
| ID do fabricante | Cor | Número de amostras medidas |
|---|---|---|
| Amostra W | branca | 4 |
| Amostra R | vermelha | 3 |
| Amostra G4 | cinza1 | 3 |
| Amostra G5 | cinza2 | 3 |
| Amostra G6 | cinza2 | 3 |
Tabela 2: Condições de medição
| Suporte da amostra | Horizontal |
| Fluxo de calor | 25 kW/m2 |
| Taxa de fluxo nominal | 24.0 l/s |
| Distância até o aquecedor de cone | 25 mm |
Resultados de medição e visões gerais comparativas
Todas as conclusões apresentadas nesta seção são baseadas exclusivamente nos resultados das amostras individuais medidas.
Comportamento de ignição
O tempo de ignição (TOI1) avalia a rapidez com que um material entra em ignição quando exposto a um nível definido de calor. A amostra foi exposta a uma radiação de calor constante de 25 kW/m². O intervalo de tempo desde o início da irradiação até o primeiro aparecimento visível de chamas é definido como o tempo de ignição. Esse registro de tempo é mostrado diretamente na avaliação do software Cone Calorimeter como valor TOI.
Um tempo de ignição curto indica que o material é altamente inflamável e absorve energia e se aquece rapidamente, resultando na ignição precoce dos produtos de PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise gasosa. Materiais mais resistentes a chamas requerem mais energia para aquecer e sofrer PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise, resultando em uma ignição tardia.
Em todos os materiais testados, há uma diferenciação clara e consistente no comportamento de ignição. Uma comparação pode ser encontrada na Figura 3.
- A variante branca das amostras investigadas tem os tempos de ignição mais curtos e, portanto, a menor resistência à radiação de calor. Isso resulta em um tempo médio de ignição de 414 s.
- A variante vermelha tem resistência média à ignição, entrando em ignição mais tarde do que a variante branca, mas mais cedo do que as variantes cinzas. O tempo médio de ignição aqui é de 599 s.
- As variantes cinza mostram consistentemente os tempos de ignição mais longos. O tempo médio de ignição calculado é de 862 s, indicando maior resistência ao fluxo de calor aplicado.
Isso significa que os materiais cinza apresentam a maior resistência à radiação de calor aplicada.
1Otempo para ignição (TOI) define a rapidez com que a combustão flamejante ocorre em um material. (NTA_Cone_Calorimeter_en_web.pdf, p. 7).
Intensidade de liberação de calor e desenvolvimento do fogo
A taxa de liberação de calor (HRR2) é um dos principais parâmetros usados para avaliar a intensidade do fogo. Ela é considerada a força motriz por trás de um incêndio: quanto maior a HRR, maior a inflamabilidade e o risco potencial de incêndio.
A taxa de liberação de calor de pico (HRR de pico) indica o momento em que um material libera mais calor, o que é particularmente perigoso em uma emergência, pois contribui para a propagação do fogo de forma rápida e intensa.
A HRR de pico permite fazer comparações claras e simples entre diferentes materiais e formulações.
As Figuras 4 a 6 mostram as curvas de medição da taxa de liberação de calor para diferentes materiais de isolamento.
2Ataxa de liberação de calor (HRR) é uma medida da quantidade de calor liberada por unidade de tempo durante a combustão de um material. (NTA_Fire_Testing_Systems_en_web.pdf p. 6)
A Tabela 3 mostra as taxas máximas de liberação de calor (HRR3 de pico) dos diversos materiais de isolamento.
Para melhorar a comparabilidade, foram calculados os valores médios de HRR de pico para cada variante de material.
As seguintes conclusões podem ser tiradas dos resultados:
- variante branca: aprox. 572 kW/m² → intensidade de fogo muito alta
- variante vermelha: aprox. 306 kW/m² → intensidade de fogo média a muito alta
- variantes cinzas: aproximadamente 289 kW/m² → intensidade média de fogo
Assim, os materiais brancos mostram a liberação de calor mais intensa após a ignição, enquanto as variantes cinzas são caracterizadas por valores de HRR de pico mais baixos.
3Peak-HRR- Taxa máxima de liberação de calor (NTA_Fire_Testing_Systems_de_web.pdf S.6)
Tabela 3: Comparação da FCR de pico
| iD do grupo | Cor | Valores de HRR de pico (kW/m²) | Faixa de HRR de pico (kW/m²) | Pico médio de HRR (kW/m²) | Intensidade de incêndio observada |
|---|---|---|---|---|---|
| Amostra W | branco | 496.2/548.3/596.9/647.4 | 496-647 | 572.2 | Muito alta |
| Amostra R | vermelho | 345,4 / 252,9 / 319,2 | 254-345 | 305.8 | Média a alta |
| Amostra G4 | cinza1 | 301.1/282.6/294.8 | 283-301 | 292.8 | Média |
| Amostra G5 | cinza2 | 283.1/309.4/ 295.6 | 283-309 | 269.0 | Média |
| Amostra G6 | cinza2 | 258.7/272.3/304.8 | 259-305 | 278.6 | Média |
Intensidade de crescimento do fogo
A taxa média máxima de liberação de calor (MARHE4) ilustra as diferenças na intensidade de crescimento do fogo, pois representa a liberação máxima de calor suavizada pelo tempo durante o teste, possibilitando a comparação do comportamento do fogo de diferentes materiais.
A Figura 7 mostra os valores MARHE (taxa média máxima de emissão de calor) das diferentes amostras de materiais, diferenciados por cor: branco, vermelho e cinza. Os valores são mostrados como barras verticais, com a designação da amostra correspondente abaixo de cada barra. Os valores MARHE indicam a liberação média máxima de calor durante todo o teste de incêndio.
4MARHE- Valor, (Taxa média máxima de emissão de calor) é a taxa máxima de liberação de calor determinada durante um teste com o calorímetro de cone de acordo com a norma ISO 5660-1.
Interpretação
- As amostras da categoria branca mostram predominantemente valores MARHE, variando de 76,7 kW/m² a 90 kW/m²
- Várias amostras apresentam valores acima de 80 kW/m², duas delas até mesmo próximas de 90 kW/m².
→ Os materiais brancos têm os valores mais altos de MARHE, representando o comportamento mais crítico do fogo, que corresponde aos altos valores de HRR de pico e indica o rápido desenvolvimento do fogo.
- As amostras da categoria vermelha estão na faixa intermediária e apresentam variações significativas: Valores: 56.5 kW/m², 37,7 kW/m², 57,6 kW/m².
→ As amostras vermelhas demonstram comportamento de fogo moderadamente alto, com alguma variação de amostra para amostra.
- As amostras da categoria cinza têm, em sua maioria, os valores MARHE mais baixos, mas também há dois valores atípicos.
- A faixa principal está entre 39 e 60 kW/m².
→ As amostras cinza têm, em sua maioria, os menores valores de MARHE, indicando um crescimento mais controlado do fogo.
Desenvolvimento da fumaça
O desenvolvimento total de fumaça (TSP5) descreve a quantidade total de fumaça liberada durante o teste do calorímetro de cone de acordo com a ISO 5660-1 e é um parâmetro fundamental para avaliar o comportamento da fumaça.
O desenvolvimento total de fumaça difere significativamente entre as formulações (Figuras 8 a 10).
- Todos os materiais cinza atingem seu platô final após aproximadamente 25 minutos, fornecendo valores típicos entre 1650 m² e 1950 m².
- Os materiais brancos demonstram uma produção moderada de fumaça total, com valores que variam entre 1450 m² e 1650 m². O platô final já é atingido após 15 minutos.
- As variantes vermelhas apresentam a menor produção total de fumaça de todos os materiais testados. Os valores atingem seu platô após 18 minutos entre 1290 m² e 1350 m².
5Aprodução total de fumaça (TSP) descreve a quantidade total de fumaça produzida durante toda a duração do incêndio (de acordo com a ISO 5660-1)
Resumo
As medições realizadas com o TCC 918 Cone Calorimeter TCC 918 mostram claramente diferenças reproduzíveis no comportamento do fogo dos materiais isolantes examinados.
Parâmetros quantitativos, como tempo de ignição, taxa de liberação de calor, intensidade de crescimento do fogo e desenvolvimento de fumaça, podem ser usados para caracterizar claramente e comparar diretamente a inflamabilidade, a dinâmica do fogo e o comportamento da fumaça.
Os resultados demonstram claramente o impacto de várias formulações de materiais e oferecem uma base sólida para o desenvolvimento de materiais, otimização de formulações e benchmarking em um ambiente de laboratório controlado.