SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE MEDIDA DE LA TASA MÁXIMA DE CALOR EMITIDA POR UN FRENTE DINÁMICO DE FUEGO.

Sistema de medida de la tasa máxima de calor emitida por un frente dinámico de fuego que comprende:

- una base longitudinal (6) sobre la que se deposita el material de combustión (7),

- un medio generador de corriente de aire (8) situado en uno de los extremos la base longitudinal (6),

- un obstáculo (1) situado entre los dos extremos de la base longitudinal (6),

- una termopila (2) a sotavento del obstáculo cilíndrico (1), que comprende una pluralidad de termopares cada uno de ellos con su correspondiente conector (4) y su cable de compensación (5), conectados a un acumulador de datos.

SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE MEDIDA DE LA TASA MÁXIMA DE CALOR

EMITIDA POR UN FRENTE DINÁMICO DE FUEGO

Campo de la invención

5 La presente invención se engloba dentro del campo de la tecnología del fuego

para la caracterización del comportamiento del fuego de materiales inflamables y la

medición de la eficacia de productos que retardan el fuego.

Antecedentes de la invención

Las metodologías basadas en el uso de bomba calorimétrica para hallar el

1 O poder calorífico de una muestra, u otras como el análisis termogravimétrico (TGA) ,

análisis térmico diferencial (DTA) o la calorimetría de escaneo diferencial (DSC) ,

inciden en la química de la combustión. En los últimos años se vienen proponiendo

nuevas caracterizaciones de materiales basadas tanto en la química de la combustión

como en los procesos dominados por el transporte de gases, que en el caso de

15 combustibles inflamables pueden llegar a ser más importantes que la fase química, ya

que depende de la estructura, relación superficie-volumen, porosidad, compactación,

densidad y empaquetamiento del combustible, todas ellas propiedades físicas del

material estudiado. El conocimiento y caracterización de la combustión desde el punto

de vista del transporte de gases es imprescindible para extender conclusiones a

20 escala real, donde en la mayoría de los casos la estructura de los combustibles

condiciona la reacción y resistencia al fuego (Babrauskas, V. and Peacock R.O.

(1992) . Heat release rate: the single most important variable in fire hazard, Fire Safety

Journal, 18: 255-272) . Los materiales altamente inflamables presentan dificultades

para la descripción y análisis de su combustión ya que es un proceso complejo con

25 muchos componentes interrelacionados, algunos de las cuales no son fáciles de

medir. De hecho, muchas de las limitaciones que en la actualidad tienen los modelos

de simulación se deben precisamente al escaso conocimiento de los procesos físico

químicos de dicha combustión. Para la puesta en práctica de estas metodologías se

han desarrollado equipos a diferentes escalas, desde pequeñas muestras (sma/1-sca/e

30 test en la literatura anglosajona, el más conocido es un equipo de laboratorio

denominado "cono calorimétrico" regulado por la norma ISO 5660) hasta ensayos a

escala "de habitación" (room-sea/e test) para ensayar muestras de tamaño real. Estos

equipos, ideados para caracterizar la reacción al fuego de materiales de construcción,

son utilizados ampliamente para evaluar las características de la combustión y son

35 suministrados por diversas empresas de calorimetría y tecnología del fuego

(Babrauskas, V. (1984 ) . Development of the con e calorimeter -a bench-scale heat

release rate apparatus based on oxygen consumption, Fire Materials, 8: 81-95.) .

La variable más importante para caracterizar la resistencia y reacción al fuego de

materiales y productos que retardan el fuego es La Tasa de Calor Emitida,

5 denominada Heat Releases Rate en la literatura anglosajona, medida en kW,

parámetro ampliamente utilizado en la tecnología del fuego aplicada a los materiales.

La metodología más aceptada para su estimación es la del "consumo de oxígeno" y es

la usada en la mayoría de la normativa desarrollada a diversas escalas (Babrauskas,

V. (2002) . The cone calorimeter, In: SFPE handbook of tire protection engineering, 3rd

1 O edition pp. 3-63-3-81, National Fire Protection Association, Society of Fire Protection

Engineering (Ed.) , Quincy, Mass) . Sin embargo un método más sencillo basado en el

"principio de la entalpía" (Smith, E.E. (1996) Heat release rate calorimetr y . Fire

Technology 32: 334-347) ha sido utilizado para desarrollar un calorímetro de pérdida

de masa que dispone para estimar la tasa de calor emitida un sensor denominado

15 "termopila" que se calibra periódicamente con gas metano (Asociación Española de

Normalización y Certificación (2003) . Plásticos. Ensayo simple para la determinación

de la liberación de calor utilizando un calentador radiante cónico y un detector de

termoacumulación (UNE-EN ISO 13927:2001 AENOR. Madrid) . Este dispositivo

desarrollado para materiales plásticos ha sido aplicado a otro tipo de muestras de alta

20 inflamabilidad (Madrigal, J., Hernando, C., Guijarro, M., Díez, C., Marino E. and De

Castro, A. J. (2009) . Evaluation of Forest Fuel Flammability and Combustion Properties

with an Adapted Mass Loss Calorimeter Device, Journal of Fire Sciences, 27 (4) : 323

342.) y se ha comprobado su precisión y repetibilidad en la medición de dicha variable.

Los ensayos descritos se usan para cuantificar un comportamiento "estático" del

25 fuego, ya que están pensados para materiales de construcción que se pueden ver

sometidos al efecto de un fuego o radiación externa. Sin embargo, existen otro tipo de

materiales para los que podría resultar de alto interés conocer el calor máximo emitido

por la muestra en caso de que se produzca la ignición y se propague por efecto del

viento, ángulo respecto a la horizontal y/o la propia configuración del material.

30 Los ensayos dinámicos de un frente de fuego ofrecen la posibilidad de

describir, modelizar y/o validar modelos previos que analicen estos procesos pero las

herramientas que permiten estimar el calor emitido (medidores de flujo de radiación o

fluximeters) son altamente sensibles a la llama y por tanto son difíciles de utilizar en

Descripción de la invención

El sistema de la invención comprende un obstáculo cilíndrico capaz de crear un

"efecto chimenea" tal que permita la estimación de la tasa máxima de calor emitido por

un frente de fuego en condiciones dinámicas mediante el uso de los sensores

5 adecuados a "sotavento" de dicho obstáculo.

El efecto hidrodinámico producido por el cilindro, conocido como "efecto

chimenea", conduce los gases hacia los sensores desarrollados al efecto situados en

un único punto singular, lo que permite comparar el calor emitido en diferentes

escenarios de comportamiento de un frente de fuego que avanza en dirección a dicho

1 O obstáculo.

En la actualidad no existe ningún método directo que estime el calor emitido

por un frente dinámico de fuego debido a que los sistemas existentes se han diseñado

para la caracterización estática de la resistencia y reacción al fuego de materiales y a

que los sistemas existentes (medidores de flujo de radiación) son altamente sensibles

15 a la llama y de alto coste.

Por todo ello el sistema de la invención mejora la caracterización de la reacción

al fuego de materiales, su caracterización en caso de propagación dinámica y la

posible caracterización de productos que retardan el fuego aplicados al material a

ensayar.

20 Otro de los problemas para analizar el calor emitido por un frente dinámico que

se propaga con diferentes configuraciones (de materiales, de flujo de viento, de ángulo

respecto al plano horizontal, etc.) es el control de la columna de convección, ya que

las mediciones en dicha columna son las que conducen a estimar el calor emitido por

el frente de llama. Durante un comportamiento dinámico la columna de convección

25 asciende aproximadamente en la misma dirección de la llama, con lo que diferentes

ángulos de llama generan dificultades de medición de dicha columna cuando el

objetivo es estandarizar un protocolo de medición con intención de comparar

escenarios y materiales. El efecto chimenea consigue que la columna de convección

sea vertical en el entorno del obstáculo y por tanto podamos establecer un punto de

30 medición único para todas las configuraciones que se desee ensayar de un mismo

material.

Por otro lado, los métodos existentes, necesitan analizar todo el volumen de los

gases de la columna de convección y por tanto se han desarrollado en condiciones de

laboratorio cubierto y confinadas. Este sistema permite que el procedimiento de

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pequeñas o medianas dimensiones, como en condiciones de laboratorio exteriores para ensayos de mayor escala.

En función de las características del material que se desee ensayar se debe definir una sección o área de dimensiones que pueden ser variables pero tales que se debe alcanzar con cierta garantía un régimen estacionario del frente de avance, esto es, una velocidad aproximadamente constante, asumiendo ciertos márgenes...

1-Sistema de medida de la tasa máxima de calor emitida por un frente dinámico de fuego caracterizado por comprender:

-una base longitudinal (6) sobre la que se deposita el material de combustión (7) , -un medio generador de corriente de aire (8) situado en uno de los extremos la base longitudinal (6) , -un obstáculo (1) situado entre los dos extremos de la base longitudinal (6) , -una termopila (2) a sotavento del obstáculo cilíndrico (1 ) , que comprende una pluralidad de termopares (3) cada uno de ellos con su correspondiente conector (4) y su cable de compensación (5) , conectados a un acumulador de datos.

2. Sistema según la reivindicación 1 caracterizado por que el obstáculo (1) es cilíndrico. 3. Sistema según reivindicaciones anteriores caracterizado por que bajo la base longitudinal (6) se incorporan células de carga. 4. Sistema según reivindicaciones anteriores caracterizado por que la termopila (2) tiene geometría circular. 5. Procedimiento de medida de la tasa máxima de calor emitido por un frente dinámico de fuego, caracterizado por comprender las etapas de:

-depositar el material de combustión (7) a ensayar a lo largo de la sección central de una base longitudinal (6) que comprende un medio generador de corriente de aire (8) en uno de sus extremos. -posteriormente colocar en la zona central de la base longitudinal (6) , sobre la que se ha depositado el material de combustión, un obstáculo (1 ) , -colocar una termopila (2) previamente calibrada, en la cara a sotavento del viento del obstáculo (1 ) , -aplicar la ignición sobre el material de combustión (7) en el extremo mas cercano al medio generador de aire (8) , de manera que, una vez que el frente de fuego se aproxima al obstáculo (1 ) , los gases de la columna de convección atraviesan la termopila (2) , -toma de datos del los valores medidos por la termopila en cada instante, que registra las diferencias de potencial producidas como consecuencia de las variaciones de temperatura de la columna de convección producida.