Portamuestras y método para la realización de ensayos de fuego de elementos multicapa.

Portamuestras para la realización de ensayos de fuego en muestras multicapa, configurado para utilizar en cualquier equipo para el análisis de los procesos de combustión cuyo flujo de calor llegue al portamuestras en una única dirección, que comprende:

- un cuerpo

(11, 21) cuyo material presenta un punto de fusión para una temperatura superior a 1000°C, donde dicho cuerpo (11, 21) presenta forma de cubo o de prisma rectangular, y comprende seis caras: al menos tres caras sin abertura y al menos dos caras con abertura, donde tres caras sin abertura presentan una disposición tal que una de las caras es perpendicular a las otras dos caras y su interior comprende material aislante y amoldable, siendo estas dos últimas caras paralelas entre sí, y donde el flujo de calor procedente del equipo para el análisis de los procesos de combustión, penetra en el cuerpo (11, 21) por una de sus caras con abertura, y sale del cuerpo por la cara opuesta que también presenta abertura, de tal forma que dichas caras con abertura son paralelas entre sí, paralelas con las capas que conforman la muestra, y se encuentran anexas a la cara sin abertura cuyo interior comprende material aislante y amoldable; y

- un sistema de fijación trasero (15, 25) de la muestra cuyo material presenta un punto de fusión para una temperatura superior a 1000°C.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201500024.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE CANTABRIA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: ALVEAR PORTILLA,DANIEL, LÁZARO URRUTIA,David, LÁZARO URRUTIA,Pedro Gervasio, PUENTE GONZÁLEZ,Eduardo.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación o análisis de materiales mediante... > G01N25/58 (midiendo los cambios de propiedades del material producidos por el calor, el frío o la expansión)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > ENSAYO DEL EQUILIBRADO ESTATICO O DINAMICO DE MAQUINAS... > G01M99/00 (Ensayo de estructuras o aparatos, no previstos en los otros grupos de esta subclase)

PDF original: ES-2551030_A1.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

PORTAMUESTRAS y MÉTODO PARA LA REALIZACIÓN DE ENSA VOS DE FUEGO DE ELEMENTOS MULTICAPA

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo de la seguridad contra incendios, y en concreto a los dispositivos y métodos para la realización de ensayos de fuego de elementos multicapa.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La descomposición térmica es un proceso químico que sufre un material a causa de un incremento de la temperatura, lo cual puede dar lugar a la generación de gases tóxicos, parámetro fundamental en la Ingeniería de la Seguridad contra Incendios. Estos gases generados en presencia de un comburente y de una fuente de calor dan lugar a que se produzca una combustión.

En la actualidad existen diversos eqUIpos para el análisis de los procesos de combustión. Uno de ellos es el cono calorimétrico [lnternational Standard. Reaction to jire tests. Reat release, smoke production and mass loss rate. Part 1: Reat release rate (cone calorímeter method) . 1S0 5660-1. (2002) ) , [Babrauskas, V., Development of the cone calorimeter-A bench-scale heat release rate apparatus based on oxygen consumption, National Bureau of Standard s Center for Fire Research, NBSIR 822611, November 1982], [CF. Schemel, A. Simeoni, H. Biteau, JD. Rivera, JI. Torero, A calorímetric study of wildland fuels, Experimental Thermal and Fluid Science, Volume 32, l~sue 7, Fifth mediterranean combustion symposium, July 2008, Pages 1381-1389, ISSN 0894-1777, DO!: 10. 1016/j. expthermflusci. 2007. 11. 011], [Brown, JE., Braun, E., Twilley, WH., Cone Calorimeter Evaluation of the Flammability of Composíte Materials. u.s. Department of Commerce, NBSIR 883733. March 1988], [Kashiwagi, r, The U.~e of Calorimetr y for Fire Materials Research. Proceedings on Fire Calorimetr y , July 27.28, 1995, Gaithersburg, MD], el cual tiene múltiples aplicaciones, pudiendo realizar también el análisis de los productos gaseosos, la oscuridad de los humos, la velocidad de cesión de calor [Babrauskas, V, Grayson, S. J, Heat Release in Fires. E & FN SPON. 1995] y las partículas sólidas transportadas. La orientación normal de la muestra es en posición horizontal, situada paralelamente al quemador, sin embargo, aunque es menos frecuente también puede posicionarse verticalmente.

Babrauskas [Babrauskas, V, The cone calorimeter, Chapter 4, Heat Release in Fires. E & FN SPON 1995] describe distintos tipos y requisitos de portamuestras a emplear en el cono calorimétrico ayudándose de la ISO 5660 [lnternational Standard. Reaction to jire tests. Heat releas·e, smoke production and mass loss rateo Part 1: Heat release rate (cone calorimeter method) . L'lO 5660-1. (2002) ] Y del ASTM E 1354 [Standard Test Method jór Heat and Visible Smoke Relea~·e Ratesfor Materials and Products U~·ing an Oxygen Consumption Calorimeter (E1354) . American Society for Testing and Materials]. En estos textos se describe detalladamente el diseño de un portamuestras general para ensayos en posición horizontal y vertical, y alguna adaptación específica del mismo como por ejemplo para el empleo en los ensayos de materiales intumescentes mediante la utilización de una rejilla de alambre, o para materiales finos con un espacio de aire en la parte trasera [W H. Twilley, V Babrauskas, User 's guide for the cone calorimeter, NBS , \pecial Publication 745, August 1988].También se observa en la bibliografía científica la adaptación de estos portamuestras para evitar el rebasamiento de muestras que sufran de fundido (melting)

[B. SchartelJ and T. R. HuI!, Development ofjire-retarded materials-1nterpretation ofcone calorimeter data, Fire Mater. 2007; 31:327-354] o para el estudio de cables en distintas disposiciones [P.J Elliot, R.H. Wh ite ley, A cone calorimeter test for the measurement offlammability properties ofinsulated wire, Polymer Degradation and Stability, Volume 64, lssue 3, June 1999, Pages 577-584].

Dada la amplia gama de posibilidades de materiales a ensayar que presentan comportamientos particulares para el estudio de su reacción al fuego, se hace complicado el estudio de todas las tipologías de materiales con un portarnuestra de carácter general tal corno el definido en la normativa. Esto ha llevado a varios autores a diseñar distintas tipologías de portamuestras adaptados a sus necesidades concretas, sin embargo, aún quedan muchas tipologías de materiales que no se pueden ensayar o que presentan grandes retos con los medios existentes.

Corno se ha comentado anteriormente, existen portarnuestras generales que permiten ensayar muestras verticales y finas, además de poder considerar el contacto con el aire en la cara no expuesta, sin embargo, no existe ningún portarnuestras que permita ensayar materiales o productos compuestos por varias capas (multicapas) , y con cámaras de aire de un determinado espesor entre las distintas capas.

Del mismo modo, en lo que se refiere a la medición de la temperatura en los ensayos, generalmente se emplean termopares, sin embargo los portarnuestras no están diseñados para facilitar su instalación y estos termopares no permiten conocer la distribución de la temperatura en la cara no expuesta, con el fin de estudiar la homogeneidad de la transferencia térmica o la transferencia de calor a través del perfil de la muestra. Así mismo, la instalación de cables de termopares en el sistema afecta a la medida de la pérdida de masa e introduce perturbaciones.

La importancia de disponer de un adecuado portarnuestras a emplear en cada ensayo radica en el impacto que ocasiona en los resultados, por lo que un buen diseño del portarnuestras es clave para el estudio de la reacción de un material al fuego.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención trata de resolver los inconvenientes mencionados anteriormente mediante un portamuestras y un método para la realización de ensayos de fuego que permite: ensayar muestras compuestas por varias capas (multicapas) , preferentemente con cámaras de aire de un determinado espesor entre las distintas capas; medir la temperatura entre las capas mediante el uso de al menos un termopar; y/o medir la temperatura en los laterales de las capas yen la capa más alejada de la entrada del flujo de calor mediante al menos una cámara termográfica.

Concretamente, en un primer aspecto de la presente invención, se proporcIOna un portamuestras para la realización de ensayos de fuego en muestras multicapa, configurado para utilizar en cualquier equipo para el análisis de los procesos de combustión cuyo flujo de calor llegue al portamuestras en una única dirección, que comprende:

-un cuerpo cuyo material presenta un punto de fusión para una temperatura superior a 1000 oC, donde dicho cuerpo presenta forma de cubo o de prisma rectangular, y comprende seis caras: al menos tres caras sin abertura y al menos dos caras con abertura, donde tres caras sin abertura presentan una disposición tal que una de las caras es perpendicular a las otras dos caras y su interior comprende material aislante y amoldable, siendo estas dos últimas caras paralelas entre sí, y donde el flujo de calor procedente del equipo para el análisis de los procesos de combustión, penetra en el cuerpo por una de sus caras con abertura, y sale del cuerpo por la cara opuesta que también presenta abertura, de tal forma que dichas caras con abertura son paralelas entre sí, paralelas con las capas que conforman la muestra, y se encuentran anexas a la cara sin abertura cuyo interior comprende material aislante y amoldable; y

-un sistema de fijación trasero de la muestra cuyo material presenta un punto de fusión para una temperatura superior a 1000 oc.

En una posible realización, la cara con abertura para la entrada del flujo de calor comprende un marco configurado para evitar que el... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Portamuestras para la realización de ensayos de fuego en muestras multicapa, configurado para utilizar en cualquier equipo para el análisis de los procesos de combustión cuyo flujo de calor llegue al portamuestras en una única dirección, caracterizado por que comprende:

-un cuerpo (11, 21) cuyo material presenta un punto de fusión para una temperatura superior a 1000 oC, donde dicho cuerpo (11, 21) presenta forma de cubo o de prisma rectangular, y comprende seis caras: al menos tres caras sin abertura y al menos dos caras con abertura, donde tres caras sin abertura presentan una disposición tal que una de las caras es perpendicular a las otras dos caras y su interior comprende material aislante y amoldable, siendo estas dos últimas caras paralelas entre sí, y donde el flujo de calor procedente del equipo para el análisis de los procesos de combustión, penetra en el cuerpo (11, 21) por una de sus caras con abertura, y sale del cuerpo por la cara opuesta que también presenta abertura, de tal forma que dichas caras con abertura son paralelas entre sí, paralelas con las capas que conforman la muestra, y se encuentran anexas a la cara sin abertura cuyo interior comprende material aislante y amoldable; y

-un sistema de fijación trasero (15, 25) de la muestra cuyo material presenta un punto de fusión para una temperatura superior a 1000 oC.

2. El portamuestras de la reivindicación 1, donde la cara con abertura para la entrada del flujo de calor comprende un marco (18, 28) configurado para evitar que el flujo de calor se propague por el lateral de la muestra, y donde la cara con abertura para la salida del flujo de calor comprende al menos dos rebordes (19) .

3. El portamuestras de la rei vindicación 2, donde en dichos rebordes (19) se encuentran soldados al menos dos tomillos enroscados en sus correspondientes tuercas y que forman el sistema de fijación trasero (15, 25) .

4. El portamuestras de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además al menos un sistema de fijación intermedio (12, 22, 32) , cuyo material presenta un punto de fusión para una temperatura superior a 1000 oC, configurado para separar las capas de la muestra formando cámaras de aire entre dichas capas y para ajustar las muestras al cuerpo (11, 21) del portamuestras, donde dicho sistema de fijación intermedio (12, 22, 32) comprende dos piezas de ajuste (12, 22) situadas en las dos caras paralelas sin abertura del cuerpo (11, 21) , tal que cada una de las piezas se encuentra situada en una cara diferente, estando dichas piezas enfrentadas, y donde cada pieza de ajuste (12, 22) es una placa plana que comprende al menos una ranura en dos de sus extremos, de tal forma que dichas ranuras permiten su fijación a la cara correspondiente mediante un sistema de fijación (10, 20) , siendo el eje longitudinal de dichas piezas de ajuste (12, 22) perpendicular a la dirección del flujo de calor procedente del equipo para el análisis de los procesos de combustión.

5. El portamuestras de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además al menos un sistema de fijación intermedio (12, 22, 32) , cuyo material presenta un punto de fusión para una temperatura superior a 1000 oC, configurado para separar las capas de la muestra formando cámaras de aire entre dichas capas y para ajustar las muestras al cuerpo (11, 21) del portamuestras, donde dicho sistema de fijación intermedio (12, 22, 32) comprende dos marcos enfrentados (33, 34) , los cuales se encuentran unidos en sus extremos mediante ocho tomillos (35) y cuatro tuercas (36) , tal que en cada extremo hay dos tornillos (35) roscados a un marco diferente y una tuerca (36) situada en medio de ambos tornillos (35) , y donde la disposición de este sistema de fijación (32) en el portamuestras es tal que la superficie que encierran los marcos (33, 34) es paralela a las de entrada y salida del flujo de calor, y tal que cada una de las cuatro varillas (37) que conforman cada marco (33, 34) se encuentran en contacto con las caras restantes del portamuestras.

6. El portamuestras de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la cara restante no presenta abertura y su interior comprende material aislante y amoldable (16) .

7. El portamuestras de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde la cara restante presenta abertura y está adaptada para comprender una tapa extraíble cuyo interior comprende material aislante y amoldable (27) .

8. El portamuestras de la reivindicación 7, donde dicha tapa extraíble se une a las caras paralelas sin abertura mediante dos carriles situados en los laterales o extremos de dichas caras, situándose cada carril en una cara diferente, tal que dichos laterales o extremos son los opuestos a los laterales o extremos a los que se encuentra unida la cara sin abertura cuyo interior comprende material aislante y amoldable

9. El portamuestras de las reivindicaciones 7 a 8, donde dicha tapa extraíble cubre totalmente el lateral de las capas que comprenden la muestra, así como las posibles cámaras de aire existentes, asegurando una completa estanqueidad.

10. El portamuestras de las reivindicaciones 7 a 8, donde dicha tapa extraíble cubre en su totalidad las posibles cámaras de aire existentes, dejando al descubierto el lateral de las capas que comprenden la muestra.

11. El portamuestras de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un sistema de sujeción configurado para anc1arse al equipo de análisis de los procesos de combustión, y un asa configurada para facilitar la colocación y retiro del portamuestras en el equipo seleccionado.

12. Método para la realización de ensayos de fuego de muestras multicapa, utilizando el portamuestras de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende las etapas de:

-situar los termopares en aquellos puntos de las superficies de las capas que conforman la muestra, cuya temperatura se desee monitorizar;

-introducir en el interior del cuerpo (11, 21) del portamuestras la muestra que se desea ensayar, de tal forma que el orden de colocación de las diferentes capas que conforman la muestra comienza con la capa más cercana a la entrada de flujo de calor y finaliza con la capa más alejada;

-inmovilizar y ajustar mediante el sistema de fijación trasero (15, 25) las capas que conforman la muestra al cuerpo (11, 21) , situándolas perpendiculares al flujo de calor;

-proceder al calibrado del equipo para el análisis de los procesos de combustión;

-realizar la medida de la temperatura en función del tiempo en aquellos puntos monitorizados por los termopares.

13. El método de la reivindicación 12, donde existe al menos una cámara de aire entre las capas que conforman la muestra, y comprende además las etapas de:

-una vez que se introduce en el interior del cuerpo (11, 21) la muestra que se desea ensayar, establecer cada cámara de aire con la anchura deseada mediante el sistema de fijación intermedio (12, 22) , tal que cada sistema de fijación intermedio (12, 22) establece una única cámara de aire;

-inmovilizar y ajustar las capas que conforman la muestra al cuerpo (11, 21 ) , mediante el sistema de fijación intermedio (12, 22) .

14. El método de las reivindicaciones 12 a 13, donde además se realiza la medida de la temperatura en función del tiempo mediante al menos una cámara termográfica, y comprende las etapas de:

-pintar de grafito cada cara del portamuestras sobre la que se van a realizar las mediciones de temperatura mediante la cámara termo gráfica;

-situar al menos una cámara termo gráfica para monitorizar la distribución de temperatura en la superficie que enfoca;

-proceder al calibrado de cada cámara termográfica;

- realizar la medida de la temperatura en función del tiempo en aquellas superficies monitorizadas por cada cámara termográfica.

15. El método de las reivindicaciones 12 a 14, donde después de inmovilizar y ajustar

las capas que conforman la muestra al cuerpo (11, 21) , comprende además la etapa de situar la tapa extraíble (13, 24) para la realización del ensayo.