Introdução
As modernas normas de construção e os padrões de segurança exigem que os materiais de construção não sejam apenas estruturalmente seguros, mas também seguros contra incêndios. A madeira, um material de construção comprovado, oferece muitos benefícios, mas também traz riscos, pois pode ser inflamada por small fontes de calor, como faíscas, liberando gases de fumaça.
Como a inalação de fumaça é a causa mais comum de morte em incêndios e a fumaça densa dificulta a orientação e a fuga, é essencial analisar o comportamento do fogo e a emissão de fumaça da madeira.
São necessários extensos testes de incêndio e certificação para confirmar a adequação da madeira como material de construção sob esse ponto de vista.
Condições de medição
Para investigar a reação ao fogo, amostras de madeira de abeto (100 x 100 x 17 mm³) foram testadas no NETZSCH TCC 918 Cone Calorimeter. Esse dispositivo registra a taxa de liberação de calor (HRR), a perda de massa e a DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade e composição dos gases de combustão resultantes.
As amostras de madeira foram posicionadas em um suporte de amostra horizontal montado em uma célula de carga para registrar continuamente a perda de massa durante a medição. Um cone de aquecimento elétrico aqueceu as amostras por cima e iniciou a PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise da madeira. Depois que gases de PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise suficientes foram liberados, a ignição foi fornecida por um dispositivo de ignição por faísca. Os gases de combustão resultantes fluíram pelo cone de aquecimento e foram coletados por um sistema de exaustão.
O fluxo de massa, a temperatura do gás de combustão e as concentrações de O₂, CO₂ e CO foram medidos continuamente no sistema de exaustão. Além disso, a DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade da fumaça foi determinada pela transmissão de luz laser. O analisador de gás (Siemens Oxymat/Ultramat) foi calibrado antes das medições e o fator C1 foi verificado usando um queimador de metano. As condições de medição estão resumidas na Tabela 1.
Depois de aquecer o cone de aquecimento, o obturador foi fechado e o suporte de amostra preparado foi posicionado na placa de base. A medição foi iniciada pela abertura automática do obturador e os gases liberados foram inflamados pelo sistema de ignição automática. A Figura 2 mostra a preparação da amostra e a configuração da medição.
1Ofator C é um parâmetro de calibração fundamental na calorimetria de cone, definido de acordo com a norma ISO 5660-1. Ele serve como uma constante para a determinação precisa da taxa de liberação de calor (HRR), estabelecendo a relação entre o sinal do analisador de oxigênio e a energia térmica real liberada.
Tabela 1: Condições de medição
| Suporte da amostra | Horizontal |
| Fluxo de calor | 50 kW/m2 |
| Taxa de fluxo nominal | 24.0 l/s |
| Distância até o aquecedor de cone | 25 mm |
2) Preparação da amostra e configuração da medição
Resultados da medição
A Figura 3 mostra a perda de massa dos três espécimes de madeira ao longo do tempo durante a combustão. Imediatamente após a ignição, ocorre uma rápida perda de massa devido à combustão de componentes voláteis, como água e substâncias orgânicas altamente combustíveis. Depois que a chama é extinta, inicia-se um processo lento de incandescência, resultando em uma perda de massa menor e contínua.
A Figura 4 mostra o curso da taxa de liberação de calor (HRR)2 dos espécimes. Imediatamente após a ignição, a HRR de todas as amostras aumenta acentuadamente e atinge um máximo de aproximadamente 170 kW/m2. À medida que os componentes altamente inflamáveis são consumidos, a HRR cai significativamente, indicando uma combustão menos intensa. Isso também indica que os voláteis foram amplamente consumidos e que a combustão dos resíduos sólidos (carvão vegetal) é dominante. Um aumento adicional na HRR pouco antes de a chama ser extinta é típico da madeira e é causado pela quebra da camada de carvão, liberando componentes mais voláteis que são então queimados. Após cerca de 20 minutos, os valores se estabilizam em um nível mais baixo. Isso indica que a maior parte do material combustível foi consumida, deixando principalmente resíduos carbonizados. Esses resíduos continuam a queimar lenta e uniformemente, resultando em uma liberação de calor sustentada, mas baixa.
2 A taxa de liberação de calor (HRR) é uma medida da quantidade de calor liberada por unidade de tempo durante a combustão de um material(https://analyzing-testing.NETZSCH.com/en/products/fire-testing/tcc-918)
Outro aspecto importante da análise é a geração de fumaça, que é determinada pela medição da transmissão. Uma diminuição na transmissão indica um aumento na DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade da fumaça. A Figura 5 ilustra as medições de fumaça das amostras e destaca a correlação entre a produção de fumaça e a liberação de calor. Inicialmente, há um máximo pronunciado na taxa de produção de fumaça (SPR), indicando uma rápida ignição e a liberação de large quantidades de gases e partículas combustíveis. No entanto, esse pico inicial diminui rapidamente, o que é característico da combustão de componentes voláteis que levam rapidamente à formação de fumaça.
Os resultados fornecem informações valiosas sobre os complexos processos de combustão da madeira, especialmente em termos de perda de massa, liberação de calor e formação de fumaça.
As diferenças entre as amostras são pequenas e podem ser explicadas por variações naturais na madeira, como diferenças na estrutura, umidade ou DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade.
Resumo
Em resumo, a madeira é um material de construção valioso e versátil, com aparência natural, sustentabilidade e resistência mecânica. A resistência da madeira ao fogo é aprimorada pela formação de uma camada de carvão que isola a estrutura interna da madeira e retarda a combustão. Essa camada de carvão contribui para a estabilidade dimensional e a resistência dos componentes de madeira, permitindo que os edifícios de madeira permaneçam estruturalmente estáveis em incêndios por mais tempo do que muitos outros materiais.
A baixa Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica da madeira reduz a dissipação de calor, o que favorece a estabilidade dimensional e a resistência dos componentes. Como resultado dessas propriedades, a estrutura dos edifícios de madeira permanece intacta por mais tempo em caso de incêndio, o que explica o ditado dos bombeiros de que "a madeira queima com segurança". No entanto, é fundamental que a resistência da madeira ao fogo seja mais investigada e otimizada para garantir a segurança e a longevidade das estruturas de madeira na construção moderna.