INFORME DE ENSAYES DE COMPORTAMIENTO AL FUEGO Nº Informe : Fecha : : ENSAYES DE COMPORTAMIENTO AL FUEGO: PROPIEDADES DE IGNICIÓN

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1 INFORME DE ENSAYES DE COMPORTAMIENTO AL FUEGO Nº Inform : Fcha : SERVICIO : ENSAYES DE COMPORTAMIENTO AL FUEGO: PROPIEDADES DE IGNICIÓN REALIZADO POR : Ing. Lhadán Cldón SOLICITADO POR : Industrial y Comrcial Ciprés Ltda. At. : Sr. Rné Miranda DIRECCIÓN : Monda 812, Oficina 801 COMUNA : Santiago TELÉFONO : CORRELATIVO : INF-IPF ANTECEDENTES : IPF OT OE 01 Est studio s basa n los rsultados obtnidos n los nsays ralizados n conformidad con la pruba d Ignición d la Norma ASTM E a Standard Tst Mthod for Dtrmining Matrial Ignition and Flam Sprad Proprtis, n l Laboratorio dl Ára d d DICTUC, Avnida Vicuña Macknna 4860, Macul, Santiago, Chil. M.Sc. Orlvis Gonzálz C. Jf Scción División Ingniría y Gstión d la Construcción La información contnida n l prsnt inform o crtificado constituy l rsultado d un nsay, calibración o inspcción técnica spcifica acotado únicamnt a las pizas, parts, instrumntos o patrons o procsos analizados, lo qu n ningún caso prmit al solicitant afirmar qu sus productos han sido crtificados por DICTUC, ni rproducir n ninguna forma l logo, nombr o marca rgistrada d DICTUC, salvo qu xista una autorización prvia y por scrito d DICTUC. INF-IPF Página 1 d 19

2 Rsumn Ejcutivo Con l fin d obtnr las propidads d ignición d mustras d pino radiata protgidas con distintas dosis dl producto AF 7000, s ralizaron las prubas d ignición stablcidas n la norma ASTM E a Standard Tst Mthod for Dtrmining Matrial Ignition and Flam Sprad Proprtis. S nsayaron prubas d probtas protgidas con l producto AF7000 con 1, 3 y 5 manos d aplicación. Cada una d stas aplicacions s somtió a 2 distintos flujos d calor, a fin d valuar n cada caso, los timpos d ignición asociados a sos flujos. En bas a los rsultados, l mandant solicitó qu s compltara la sri d nsayos d ignición sobr las mustras con aplicación d 3 manos d AF7000. Los nsays d ignición corrspondn a la mdición dl timpo d ignición, bajo un flujo d calor suprficial spcífico, y a la dtrminación dl mínimo flujo d calor para qu ésta ocurra. Por su part, n los nsays d propagación d llama s rgistra l avanc d la llama sobr la suprfici dl matrial, n función dl timpo, bajo un flujo d calor dtrminado por l nsay d ignición. A partir d ambos nsays s obtinn divrsos parámtros, los cuals s rsumn n las siguints tablas: Trataminto Flujo crítico d ignición, &" (kw/m 2 ) q o, ig Tmpratura mínima d ignición, T, (ºC) o ig Inrcia térmica, kρ c (kw/m 2 K) 2 s 3 manos d AF ,16 Tabla 1 Rsultados Ensay d Ignición Trataminto Flujo crítico d Propagación, &" (kw/m 2 ) q o, s Tmpratura mínima d Propagación, T, (ºC) s min 3 manos d AF7000 9,3 294 Tabla 2 Rsultados Ensay d Propagación Los rsultados prsntados n st inform, son válidos xclusivamnt para las mustras rcibidas n l laboratorio y para las condicions dscritas. D sta forma, los nsays ralizados n ningún caso constituyn una crtificación d tipo o lot dl producto. Página 2 d 19

3 1. Introducción El sñor Rné Miranda, n rprsntación d Industrial y Comrcial Ciprés Ltda., solicitó al Ára d Ingniría n Protcción Contra l Fugo (IPF) d DICTUC, dsarrollar un conjunto nsays d ignición y propagación d llama, n probtas d madra, protgido con una aplicación dl producto AF7000. Los nsays s ralizaron sgún l procdiminto stablcido n la norma ASTM E a(2002) Standard Tst Mthod for Dtrmining Matrial Ignition and Flam Sprad Proprtis. Est documnto contin los rsultados obtnidos n los nsays ralizados. 2. Objtivo El objtivo d los nsays s documntar l comportaminto d probtas d madra, frnt a la acción dl fugo, dsd l punto d vista d su ignición y propagación d llama. 3. Caractrísticas d las Probtas Las probtas nsayadas tinn dimnsions d 155 por 155 mm y 6 mm d spsor. Corrspondn a probtas d pino radiata protgidas con distintas dosis dl producto AF Mtodología Cada tipo d probta s nsayó sgún lo indicado n la norma ASTM E1321, la cual por sr una normativa intrnacional, s dscrib con dtall a continuación Norma ASTM E a Standard Tst Mthod for Dtrmining Matrial Ignition and Flam Sprad Proprtis Esta norma stablc una mtodología d nsays tndint a dtrminar, d manra cuantitativa, la rspusta al fugo, n cuanto a ignición y propagación d llama, d una probta rprsntativa dl matrial a nsayar. Dntro d los rsultados obtnidos s ncuntra l mínimo flujo d calor y la tmpratura suprficial para qu xista ignición n l matrial, admás d la inrcia térmica d ést. Por otra part, también s ncuntra l mínimo flujo d calor y la tmpratura suprficial para qu xista propagación d llama. Página 3 d 19

4 Los rsultados obtnidos mdiant sta normativa, son strictamnt válidos sólo para las condicions stablcidas por lla, y para las mustras nsayadas. En ningún caso los rsultados pudn sr xtrapolados para otras condicions d nsay o para crtificar lots o tipos d productos Procdiminto gnral El procdiminto consist n dos tipos d nsays. En l primro d llos, un panl d pruba d 155 por 155 mm s somt a un flujo d calor suprficial constant, mdiant un panl radiant, dtrminándos l timpo hasta qu ocurr la ignición. En l sgundo nsay, un panl d 155 por 800 mm s somt a una distribución d flujo d calor suprficial, utilizando l mismo panl radiant dl tst d ignición, rgistrándos l avanc dl frnt d llama n función dl timpo. En ambos nsays l panl d pruba s orinta n posición vrtical, stando prviamnt acondicionado d la manra dscrita más adlant. Con los datos obtnidos xprimntalmnt, s procd lugo a calcular difrnts parámtros qu caractrizan la ignición y propagación d llama Dscripción dl quipaminto A continuación s dscrib, n términos gnrals, l quipaminto utilizado para ralizar los nsays d ignición y propagación d llama. Est quipo n su conjunto rcib l nombr d LIFT, por su sigla n Inglés (Latral Ignition Flam Transport). Estructura principal: Consist n una structura mtálica, compusta por dos sccions. Una d llas s utilizada para soportar l panl radiant qu prov l flujo d calor y la otra para sostnr la probta a nsayar, ambos n posición vrtical. Estas dos sccions stán dispustas d manra qu l panl radiant nfrnt a la probta, formando ángulo rlativo ntr llos d 15º. Marco mtálico para la probta: La probta s coloca dntro d un marco mtálico, l cual prmit insrtarlo d manra fácil n la structura principal. Para facilitar l procdiminto s disponn d cinco marcos mtálicos, pudiéndos así prparar varias probtas a la vz. Panl radiant: Mdiant un panl radiant (a gas) s prov l calor ncsario para los nsays. Est panl stá formado por un matrial rfractario, l cual s vulv incandscnt al momnto d sr ncndido. La suprfici dl panl produc un ára d radiación d aproximadamnt 280 por 483 mm. Por un costado dl panl s alimnta l air y l combustibl ncsario para la combustión. Página 4 d 19

5 Alimntación air/combustibl: Para lograr una combustión controlada, s dispon d mdidors d flujo tanto para l gas como para l air. La alimntación d gas corrspond a la rd d gas natural dispusta n l laboratorio, mintras qu la d air s raliza mdiant l uso d un vntilador dispusto para tal fcto. Piloto: Para lograr la ignición dl matrial, sobr la probta s sitúa una llama piloto, cuya función s ncndr los gass manados dl panl a mdida qu ést s calinta. D sta forma, la ignición dbira comnzar n la part suprior dl panl, para lugo star toda la suprfici n llamas. Esta llama piloto s forma mdiant una mzcla d air y actilno, y cuya longitud db sr d aproximadamnt 180 mm. Panl Dummy : Corrspond a un panl d matrial incombustibl ( Dummy ), sobr l cual s sitúa un instrumnto capaz d mdir l flujo d calor qu l panl radiant ntrga a las probtas. Est Dummy s d 155 por 800mm y pos varios puntos n los cuals s pud situar l mdidor d flujo d calor. Como s dscrib más adlant, los dos puntos d intrés para mdir l flujo d calor sobr l Dummy stán ubicados a 50 y 350 mm dl xtrmo más crcano al panl radiant. Flujómtro d calor y pirómtro: Sobr l Dummy s instala un flujómtro d calor, con l cual s mid la potncia qu l panl radiant ntrga a la suprfici d la probta. Est instrumnto d mdición corrspond spcíficamnt a un transductor d flujo d calor rfrigrado por agua. Adicionalmnt, s utiliza un pirómtro qu rgistra la tmpratura suprficial dl panl radiant. Est instrumnto prmit vrificar qu la potncia dl panl radiant no varí durant los nsays. Esto s hac rgistrando la tmpratura indicada por l pirómtro al momnto d mdir la potncia con l flujómtro d calor y corroborando qu dicha tmpratura no cambi n l timpo. Cronómtro: Mdiant la utilización d un cronómtro s rgistran los timpos, tanto d ignición como d propagación d llama. En las Figuras 1, 2 y 3, s mustra l quipaminto utilizado para los nsays. Página 5 d 19

6 Figura 1 Vista Gnral dl LIFT Figura 2 Vista d una a Probta durant un Ensay d Propagación Página 6 d 19

7 Figura 3 Vista d una a Probta durant un Ensay d Ignición Caractrísticas d las probtas y calibración dl panl radiant Las probtas a utilizar dbn sr rprsntativas dl matrial a nsayar y d dimnsions d 155 por 155mm, para l caso dl tst d ignición, y d 155 por 800 mm para l tst d propagación d llama. Dichas probtas dbn sr acondicionadas n un ambint a 23ºC y 50% d humdad rlativa, como s mustra n la Figura 4. Figura 4 Condicions d Acondicionaminto d las Probtas Ensayadas Página 7 d 19

8 Una vz situada n l marco, la cara no xpusta d la probta db sr cubirta con un panl d matrial no combustibl, d tal manra qu no s produzcan pérdidas d calor n sa cara. Por su part, l ángulo formado ntr l panl radiant y la cara xpusta d la probta db sr calibrado n 15º. Como conscuncia d st ángulo, l flujo d calor suprficial qu rcib la probta corrspond a una distribución dada por la Tabla 3. Posición n la Probta, Potncia, kw/m 2 mm 0 49, , , , , , , , , , , , , , , ,5 Tabla 3 Distribución dl Flujo d Calor Suprficial sobr la Probta cuando forma un Ángulo d 15º con l Panl Radiant y la Potncia (a 50 mm) s 50,5 kw/m 2 En la Tabla 3 la posición n la probta s mid a partir dl xtrmo más crcano al panl radiant. La Norma stablc qu vrificando la potncia a 50 y a 350 mm, l ángulo formado ntr l panl radiant y la probta corrspondrá a 15º Procdiminto xprimntal A continuación s dscrib, l procdiminto xprimntal utilizado, tanto para ignición como para propagación d llama, basado n la norma ASTM E a Standard Tst Mthod for Dtrmining Matrial Ignition and Flam Sprad Proprtis. Primro s mnciona l procdiminto prvio a los dos nsays, y lugo s dscrib cada uno d llos n particular. Página 8 d 19

9 Procdiminto prvio: a) S insrta n la structura principal, un panl d matrial incombustibl d 155 por 800 mm, como mdida d protcción ant la radiación producida por l panl radiant. b) S activa l paso d air dl panl radiant. c) Una llama xtrna s sitúa aproximadamnt a 2 cm d la suprfici dl panl radiant. d) S abr l paso d gas y s ncind l panl radiant. ) Rgulando l flujo d air y d gas, s ajusta l funcionaminto dl panl radiant y s dja stabilizar por 15 minutos. Tst d ignición: a) S rtira l panl d matrial incombustibl y s insrta l Dummy con l flujómtro d calor insrto a 50 mm dl xtrmo más crcano al panl radiant. b) S ajusta la potncia dl panl radiant d modo qu l flujómtro d calor indiqu 30 kw/m 2. c) S ncind l piloto d actilno, ajustando l largo d la llama n 180 mm aproximadamnt. d) El sistma s dja stabilizar por 3 minutos. ) S rgistra la mdición d tmpratura indicada por l pirómtro, con l propósito d monitorar la potncia dl panl radiant durant l tst. f) S rgistra l flujo d calor q" & indicado por l flujómtro d calor. g) S rgistra la tmpratura ambint, T. h) Postriormnt s rtira l Dummy y s insrta la probta a nsayar. i) Estando la probta compltamnt situada n la structura principal, s inicia l conto d timpo mdiant l cronómtro. j) S rgistra l timpo n l cual s ncind la part suprior d la probta, corrspondindo ésta al timpo d ignición, t ig. k) El tst concluy si dspués d 20 minutos no ocurr ignición. l) Si la ignición ocurr, s disminuy la potncia dl panl radiant n aproximadamnt 5 kw/m 2, rpitindo l tst hasta dtrminar un flujo para l cual no ocurra ignición. m) Si la ignición no ocurr, s aumnta la potncia dl panl radiant n aproximadamnt 5 kw/m 2, rpitindo l tst hasta idntificar un flujo para l cual ocurra ignición. Página 9 d 19

10 n) S dtrmina l flujo mínimo d ignición, q &" o, ig, acotando los flujo para ignición/no ignición dntro d un rango d aproximadamnt 2 kw/m 2. o) Una vz ncontrado l flujo mínimo para qu xista ignición, s ajusta la potncia dl panl radiant n incrmntos d 10 kw/m 2 y s rpit dsd l paso ) al j), hasta llgar a una potncia d 65 kw/m 2. D sta manra s obtin una curva qu rlaciona l flujo d calor suprficial sobr l panl, q" &, con l timpo d ignición, t ig. Tst d propagación: a) S rmuv la llama piloto. b) Estando l Dummy insrto n la structura principal, s ajusta la potncia dl panl radiant n aproximadamnt 5 kw/m 2 por sobr la mínima radiación ncsaria para xista ignición, q &" o, ig, djando stabilizar l sistma durant 3 minutos. c) S rgistra la lctura dl flujómtro d calor, q" &. d) S xtra l Dummy, s insrta la probta a tstar y cominza l conto d timpo. ) La probta s calinta hasta alcanzar un stado d quilibrio térmico, timpo dspués dl cual s rubica la llama piloto, produciéndos la ignición. Si sto no ocurr, s rpit l procdiminto, promovindo la ignición d manra manual, movindo l piloto sobr la suprfici d la probta. f) Una vz producida la ignición, s rgistra l avanc dl frnt d llama sobr la lína cntral d la suprfici xpusta n función dl timpo, con incrmntos d 25 mm. g) El tst concluy si la llama alcanza l final dl panl nsayado o si s xtingu. h) El tst s rpit para dos mustras adicionals Cálculos Una vz ralizados los nsays antriormnt sñalados, s procd a calcular valors para distintas propidads d ignición y propagación d llama. A continuación, s sñalan los cálculos ralizados. Tst d ignición: a) S grafica q& " o, ig q& " vrsus t ig. Página 10 d 19

11 b) S raliza un ajust linal a los datos graficados antriormnt. c) La pndint d la rcta obtnida n l punto b) corrspond a un parámtro dsignado por b. d) Usando l flujo d calor crítico para qu ocurra ignición, q &" o, ig, y l gráfico mostrado n la Figura 5, s obtin la tmpratura mínima d ignición, T. ig Figura 5 Tmpratura Suprficial d Equilibrio como Función dl Calor Radiant qu Rcib la Probta ) Utilizando la siguint fórmula s dtrmina la inrcia térmica dl matrial: 4 h kρc = π b dond h s calcula mdiant la siguint xprsión: q h = T &" o,ig ig Tst d propagación d llama: a) Usando la distribución d flujo dada n la Tabla 5 s calcula la invariant q& " ( x) F( x) =, dond q& " q& (50) corrspond al flujo d calor a 50 mm " (50) sgún la Tabla 5 y q& " ( x) al flujo d calor n l punto x d la misma tabla. T 2 Página 11 d 19

12 b) Postriormnt s calcula l flujo d calor n la posición x d la probta, utilizando la potncia dl panl radiant, q" &, rgistrada n l punto c) dl procdiminto dl tst d propagación, y la siguint fórmula: q &" ( x) = F( x) q& " c) Utilizando los rgistros d posición d la llama n función dl timpo ( x, t), s calcula la vlocidad dl frnt d llama para una posición dada. Esto s raliza considrando trs posicions conscutivas d la llama y ralizando un ajust d mínimos cuadrados mdiant la siguint fórmula: V = tx t t 3 ( ) 3 2 t 2 1/ 2 d) S grafica V n función d q& " ( x), dond la posición x db sr l punto mdio d los trs puntos considrados n l ajust ralizado n c). ) En l gráfico antrior s ajusta una lína rcta. f) La pndint d la rcta rprsnta C. El flujo d calor corrspondint al punto dond la llama s dtin corrspond a q &" o, s, l cual rprsnta l flujo crítico d calor para qu xista propagación. Con st último valor y la Figura 5 s ncuntra T s, min, la cual s la tmpratura mínima para qu xista propagación. x Página 12 d 19

13 5. Rsultados 5.1. Pruba d ajust La pruba d ajust consistió n xponr 3 distintas dosis d aplicación dl producto AF7000 (1, 3 y 5 manos) a dos flujos d calor (20 y 25 kw/m 2 ) midiéndos los timpos d ignición n cada caso. En total s nsayaron 6 mustras. Los rsultados s mustran n la Tabla 4 y Gráfico 1. Timpos d Ignición (s) Flujo 1 Flujo 2 Dosis 20 kw/m 2 25 kw/m 2 1 mano manos manos Tabla 4 Timpos d Ignición, n Sgundos, para las Distintas Probtas y Flujos d Calor Aplicados Timpo d Ignición (s) mano 3 manos 5 manos Flujo d Calor (kw/m^2) Gráfico 1 Timpos d Ignición, n Sgundos, para las Distintas Probtas y Flujos d Calor Aplicados Página 13 d 19

14 5.2. Pruba d ignición En bas a los rsultados mostrados n 5.1, l clint solicitó compltar la pruba d ignición a las probtas con 3 manos dl producto aplicada. Los rsultados s mustran n la Tabla 5 y Gráfico 2. Flujo (kw/m 2 ) Timpo Ignición (s) 10 Sin ignición Tabla 5 Timpos d Ignición, n Sgundos, para las Distintas Probtas y Flujos d Calor Aplicados Timpo d Ignición (s) Flujo (kw/m2) Gráfico 2 Timpos d Ignición, n Sgundos, para las Distintas Probtas y Flujos d Calor Aplicados Página 14 d 19

15 La siguint tabla rsum l flujo y tmpratura mínima d ignición, admás d la inrcia térmica d las probtas nsayadas: Trataminto Flujo crítico d ignición, &" (kw/m 2 ) q o, ig Tmpratura mínima d ignición, T, (ºC) o ig Inrcia térmica, kρ c (kw/m 2 K) 2 s 3 manos d AF ,16 Flujo crítico / Flujo 0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 Timpo d ignición^1/2 (s^1/2) q& " o, ig q& " Gráfico 3 n función d t ig 5.3. Tst d propagación En la siguint tabla s prsnta l flujo y tmpratura mínima d propagación, obtnidos para las probtas: A Trataminto Flujo crítico d Propagación, &" (kw/m 2 ) q o, s Tmpratura mínima d Propagación, T, (ºC) s min 3 manos d AF7000 9,3 294 Página 15 d 19

16 V^-1/2 (s^1/2 / m^1/2) y = -4,4073x + 78,199 R 2 = 0, Flujo d calor (kw/m2) Gráfico 4 Rsultados Tst d Propagación 1/ 2 V n función d &" ( x) q Página 16 d 19

17 6. Análisis d los Rsultados El objtivo d stas prubas fu documntar l comportaminto d la madra protgida con l producto frnt a las prubas d ignición y propagación ants dscritas. No s contmpló la jcución d prubas sobr madra sin protgr, qu hubisn srvido como forma d comparación d los rsultados obtnidos. Sin mbargo, xist bibliografía intrnacional qu ntrga información rspcto a las propidads d la madra d pino radiata sin trataminto. Espcíficamnt n st inform s citan datos xtraídos d Ignition Handbook, Vytnis Babrauskas, 2003, FSP-SFPE. Los datos obtnidos n la bibliografía, y su comparación con los datos d nsayo, s mustran n la siguint tabla: Flujo min d ignición (kw/m2) Tmpratura d Ignición ( C) Tmpratura d Propagación ( C) Funt Pino Radiata protgido con AF , nsayo Pino Radiata 11% HR 10,8 340 bibliográfica Pino Radiata 0% HR 51 bibliográfica La comparación con stos datos no pud tomars d una manra absoluta, dado qu corrspond a una rfrncia bibliográfica d studio más qu d nsayos. Admás, dicha rfrncia s rspcto a un pino radiata qu no ncsariamnt s xactamnt igual al nsayado n Chil, por lo qu la comparación podría no sr válida. En cualquir caso, y considrando sas limitacions, la intrprtación qu s pud hacr s la siguint: Rspcto a la propagación, los datos mustran qu l producto protgido rquir d alcanzar una tmpratura mucho mayor (294 v/s 51 C) para podr propagar llama. Esto constituy l principal aport dl producto a la sguridad contra incndios, dado qu cirtamnt durant un incndio s alcanza ants una tmpratura d 51 C qu una d 294 C (ambas n la madra), durant s lapso d timpo la propagación d la llama n la madra con trataminto s prácticamnt nula. Es muy important dstacar qu la comparación n st caso s hizo con datos d la bibliografía ants citada y qu stos datos no pudn sr considrados ncsariamnt comparabls a los obtnidos n nsayos, por lo mismo, la comparación hcha s mramnt rfrncial. Página 17 d 19

18 7. Anxos S mustran fotografías tomadas durant la jcución d las prubas. Fotografía 1 Vista d una probta ants dl nsay Fotografía 2 Vista d una probta durant l nsay Fotografía 3 Vista d una probta durant l nsay, tras producirs la ignición Fotografía 4 Vista d una probta dspués dl nsay Página 18 d 19

19 Fotografía 5 Vista d una probta ants dl nsay d propagación Fotografía 6 Vista d una probta durant l nsay d propagación Fotografía 7 Vista d una probta durant l nsay d propagación Fotografía 8 Vista d probtas dspués dl nsay d propagación Página 19 d 19