| Date post: | 21-Jul-2015 |
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ENSAYOS DE COMPORTAMIENTO AL FUEGO
Dra. Ing. Forestal María Laura Tonello
JORNADA FORESTAL TECNOLÓGICA
“Proceso, producto y gestión de la madera de pino p onderosa ”
BARILOCHE, 22 y 23 de abril de 2013
El FUEGO
Es una manifestación energética que ha sido
beneficioso para el desarrollo y civilización del hombre.beneficioso para el desarrollo y civilización del hombre.
Aunque, también han sido desvastadores sus efectos:
pérdidas humanas y materiales.
ACCIÓN DEL FUEGO
PÉRDIDAS DIRECTAS: 0,25 % del PBI
FUEGO
PÉRDIDAS INDIRECTAS: difícil evaluación
REDUCIR LAS PÉRDIDAS OCASIONADASPOR EL FUEGO
ES UN OBJETIVO DE ALTO IMPACTO EN LA ECONOMÍA DE CUALQUIER PAÍS.
FUEGO:Desarrollo de reacciones químicas
exotérmicas de oxidación-reducción.
El oxidante se denomina comburente
y el reductor combustible.
FUEGO
y el reductor combustible.
INCENDIO:Es un hecho descontrolado y además
no deseado, producido por el fuego.
TRIÁNGULO DEL FUEGO
INICIACIÓN DEL FUEGO
COMBURENTE:el más importante es el aire.
COMBUSTIBLE:incluye sustancias que no se
FUEGO
incluye sustancias que no seencuentran en su máximoestado de oxidación.
ENERGÍA DE ACTIVACIÓN:es la energía necesaria para que combustible y comburente reaccionen químicamente.
TETRAEDRO DEL FUEGO
FUEGO
Para que el fuego se mantenga es preciso
que la energía sea suficiente para sostener
la reacción en cadena.
COMBUSTIÓN
LA COMBUSTIÓN, COMO REACCIÓN DE OXIDACIÓN, PUEDE OCURRIR:
�a una velocidad muy alta (explosión),
�con notable elevación de temperatura y emisión de luz
FUEGO
�con notable elevación de temperatura y emisión de luz visible (combustión viva),
�con baja elevación de temperatura y sin emisión de luz visible (combustión lenta),
�sin elevación de temperatura y emisión de luz (oxidación).
CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES
INFLAMABLE:Arde o entra en combustión bajo la acción de una fuente
de calor.
FUEGO
NO INFLAMABLE:La combustión se detiene al alejar la fuente de calor.
DIFÍCILMENTE INFLAMABLE O AUTOEXTINGUIBLE:Resiste durante un tiempo antes de inflamarse o
mantiene las llamas/incandescencia sólo durante un
tiempo reducido luego de eliminarse la fuente de calor.
LA MADERA
La madera a pesar de ser altamente combustible,
presenta considerable resistencia al fuego,
debido a su baja conductividad térmica y
a su capacidad de formar
una capa carbonizada superficial.
Los valores de velocidad de carbonización como los
de penetración del fuego varían conforme se va
formando la capa carbonosa superficial
COMPORTAMIENTO DE LA MADERA
FUEGO | MADERA
que reduce la trasmisión del calor.
Esto hace que la resistencia a la difusión del fuegosea alta, permitiendo combatir el fuego al mantenerse
en pie las estructuras, así como desalojar el edificio.
COMBUSTIÓN DE UN MATERIAL CELULÓSICO
SE PRODUCE LUEGO DE CUMPLIR UNA SERIE DE ETAPAS:
FUEGO | MAT. CELULÓSICO
SE PRODUCE LUEGO DE CUMPLIR UNA SERIE DE ETAPAS:
ETAPA INICIALProcesos térmicos y químicos simultáneos
ETAPA INTERMEDIAProcesos de descomposición
ETAPA FINALIgnición y combustión
COMBUSTIÓN DE UN MATERIAL CELULÓSICO
FUEGO | MADERA
El material sufre un aumento gradual de temperatura a la vezque se producen
reacciones químicas que liberan calor.
ETAPA INICIAL
reacciones químicas que liberan calor.
Cuando el ingreso de calor excede las pérdidas porconducción, convección y radiación
es cuando el material puede generarcompuestos volátiles y gases que forman
una mezcla combustible con el aire.
COMBUSTIÓN DE UN MATERIAL CELULÓSICO
FUEGO | MADERA
Como resultado de los procesos térmicos y químicos, la temperatura del material aumenta
hasta el punto en el que éste comienza a desintegrarse
ETAPA INTERMEDIA
hasta el punto en el que éste comienza a desintegrarse(pirólisis).
Este fenómeno implica una conversiónde la fase sólida a la fase gaseosa,
etapa en la que se producen numerosos compuestos.
COMBUSTIÓN DE UN MATERIAL CELULÓSICO
FUEGO | MADERA
� a 100ºC: pérdida de humedad
� entre 105-200ºC: pérdida de agua de constitución,
carbonización, lenta pérdida de peso y formación de
ETAPA INTERMEDIA
carbonización, lenta pérdida de peso y formación de
compuestos volátiles incombustibles
� entre 200-280ºC: formación de CO2, vapor de agua,
ácido acético
� entre 280-500ºC: rápida descomposición en presencia
de oxígeno, reacciones exotérmicas, formación de CO2, H2,
CH4, ácido acético, ácido fórmico, etanol, aldehídos,
cetonas y alquitranes
COMBUSTIÓN DE UN MATERIAL CELULÓSICO
FUEGO | MADERA
La evolución de los gases es de significativa importancia,
ya que tienden a retardar la combustión por diversos
mecanismos.
ETAPA INTERMEDIA
mecanismos.
Simultáneamente, la formación de carbón
también contribuye a retardar la combustión.
COMBUSTIÓN DE UN MATERIAL CELULÓSICO
FUEGO | MADERA
Los procesos de pirólisis llevan a la formación de
mezclas gaseosas combustibles.
ETAPA FINAL
Con la presencia de suficiente cantidad de oxígeno o aire
estos productos entran fácilmente en combustión.
Por lo tanto, a menos que sea posible el consumo total
o la inactivación de alguno de ellos, la llama
continúa propagándose.
FUEGO | MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
� Acero: entre 250º y 550ºC pierde más del 50% de su� Acero: entre 250º y 550ºC pierde más del 50% de su
resistencia; a los 750ºC pierde más del 90%
� Aleaciones de aluminio: a los 300ºC pierde el 50%
de su resistencia; funde a los 600ºC
� Hierro: a los 500ºC pierde el 50% de su resistencia
� Hormigón: falla a 500ºC
� Madera: incrementa su resistencia conforme aumenta
su temperatura, pero llega a perderla cuando se
carboniza
Al incendiarse un edificio en cuestión de minutos
todos los materiales metálicos
FUEGO | MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
todos los materiales metálicos pierden su resistencia y se destruyen,
mientras que en el mismo período de tiempo
las estructuras de madera se mantienen en pie.
La protección de los materiales frente a la acción del
fuego está limitada a un efecto retardante.
FUEGO | MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
El tratamiento tiene por objeto prevenir pequeños
focos de incendio y prolongar el comienzo de la
ignición, dando tiempo a tomar las medidas
necesarias para evitar la propagación del fuego.
OBJETIVO
Evaluar el comportamiento al fuego de la madera de Pino ponderosa
PARTE EXPERIMENTAL
de Pino ponderosa (Pinus ponderosa Dougl.ex Laws)
impregnada con 8 soluciones potencialmente ignífugas.
1. Obtención de probetas
2. Realización de ensayos físicos
Metodología
PARTE EXPERIMENTAL
3. Impregnación de probetas
4. Realización de ensayos de comportamiento al fuego
5. Análisis estadístico
PROBETAS
ENSAYOS
IMPREGNACIÓN
Paraformaldehído 100%
Paraformaldehído 50%
Paraformaldehído 25%
ENSAYOS
Paraformaldehído 25%
Base de Boro 15%Base de Boro 10%
CCA 2%
Biopreservante 5%
Sol. fosfato monoamónico y decaborato de sodio 8%
Formulación mezcla de boro
Compuestos Formulación Porcentaje en
peso sólido
Fosfato ácido de amonio PO4H(NH4)2 10
Sulfato de amonio SO4(NH4)2 60
Ácido bórico H3BO3 20
Borato de sodio Na2B4O7 10
Compuestos Gramos
Formulación solución fosfato monoamónico y decaborato de sodio
Fosfato monoamónico 6.8
Decaborato de sodio 1.2
Agua c.s.p. 100
ENSAYOS DE COMPORTAMIENTO AL FUEGO
Determina la mínima
concentración de
oxígeno, en una mezcla
INDICE DE OXÍGENO (OI)
Este trabajo se llevó a cabo en el CIDEPINT
(Centro de Investigación y Desarrollo en Tecnología de Pinturas CIC-CONICET), con el apoyo del Dr. Carlos Alberto Giúdice.
oxígeno, en una mezcla
de nitrógeno, capaz de
mantener la combustión
de un material en
condiciones de
equilibrio.
Norma ATSM 2863
ENSAYOS DE COMPORTAMIENTO AL FUEGO
Manómetro del O2
Tubo de vidrio
Manómetro
Tanque de O2
Manómetro del N2
Probeta
Pinza de sujeción de probeta
Indicador del flujo volumétrico de O2
Indicador del flujo volumétrico de N2
Tanque de N2
Soporte metálico c/ esferas de cristal
ENSAYOS DE COMPORTAMIENTO AL FUEGO
La importancia de la determinación del Índice de Oxigeno Límite, nosolo radica en medir la facilidad de combustión de los sustratos paracomparar resultados, sino que un valor de OI mayor de 28, permite
clasificar al sustrato como incombustible.
El método operativo en cada ensayo fue el siguiente: se dispuso la probeta
en el soporte de tal manera que el borde superior de la misma este a un en el soporte de tal manera que el borde superior de la misma este a un mínimo de 100 mm en la parte superior del tubo y, en función de la experiencia adquirida, se seleccionó la concentración de oxígeno deseada.Se ajustaron seguidamente los valores de caudal para obtener, a través del tubo, de la concentración de oxígeno deseada a una velocidad de 4±1 cm.s-1, resultado de la relación entre el flujo de la mezcla en cm3.s-1 y la superficie de la columna en cm2. Se dejó purgar el sistema previamente durante 30 segundos y se procedió luego a provocar la combustión de la probeta con la ayuda del sistema de encendido, habiéndose puesto en marcha el cronómetro.
ENSAYOS DE COMPORTAMIENTO AL FUEGO
Porcentaje de Oxígeno (%) Velocidad normal (4,0 cm³.s-1)
Flujo de Oxígeno Flujo de Nitrógeno
cm3.min-1 Set cm3.min-1 Set
18 3078 57,5 14022 118,0
19 3249 60,5 13851 116,5
20 3420 63,0 13680 115,0
21 3591 66,0 13509 113,5
22 3762 69,0 13338 112,0
23 3933 71,5 13167 110,5
24 4104 74,5 12996 109,0
25 4275 77,0 12825 108,0
26 4446 80,0 12654 106,5
27 4617 82,5 12483 105,0
28 4788 85,5 12312 104,0
29 4959 88,0 12141 102,5
30 5130 91,0 11970 101,0
31 5301 93,5 11799 99,5
32 5472 96,0 11628 98,5
33 5643 98,5 11457 97,0
50 8550 147,0 8550 73,0
ENSAYOS DE COMPORTAMIENTO AL FUEGO
RESISTENCIA A LA LLAMA INTERMITENTE DE UN MECHERO BUNSEN
Determina la
resistencia
a la llama
Este trabajo se llevó a cabo en el CIDEPINT
(Centro de Investigación y Desarrollo en Tecnología de Pinturas CIC-CONICET), con el apoyo del Dr. Carlos Alberto Giúdice.
a la llama
intermitente
de un material combustible
ENSAYOS DE COMPORTAMIENTO AL FUEGO
Consiste en someter el frente inferior de la probeta a la acción intermitente de la llama de un mechero Bunsen, dispuesto en un ángulo de 45°. La llama se ajustará de manera de alcanzar 10 mm de de manera de alcanzar 10 mm de altura del cono azul y el orificio de salida del mechero se colocará a 15 mm de la superficie en examen.
La probeta se someterá a la acción de la llama durante 20 s, con períodos de descanso de 10 s. Se repetirá el ciclo de exposición fuego/reposo si la llama se autoextingue dentro de los 5 s de retirado el mechero y la zona carbonizada no excede los 8 cm2.
ENSAYOS DE COMPORTAMIENTO AL FUEGO
Las exigencias de este ensayo determinan que parasoluciones o pinturas que se aplicarán en servicio sobre unsustrato combustible deberán presentar una calificación deAPROBADO y clasificación CLASE A.
PUNTAJE PROMEDIO EN ENSAYO DE
LLAMA INTERMITENTE
CALIFICACION DE LA SOLUCIÓN O
PINTURA
CLASIFICACION DE LA SOLUCIÓN O
PINTURA
200 o más
199
99
Aprobado
Aprobado
Aprobado
Clase A
Clase B
Clase C
69
29 o menos
No Aprobado
No Aprobado
Clase D
Clase E
Producto Concentración (%) OI (% de O2)
Testigo sin impregnar - 25
Ensayos de Comportamiento al Fuego
Intermitente
Clase E – No aprueba
RESULTADOS
Testigo sin impregnar - 25
Paraformaldehído
100 24
50 24
25 26
mezcla a base de boro15 >50
10 >50
Clase E – No aprueba
Clase E – No aprueba
Clase E – No aprueba
Clase E – No aprueba
Clase A – Aprueba
Clase A – Aprueba
Producto Concentración (%) OI (% de O2)
Biopreservante 5 24
Intermitente
Clase E – No aprueba
Ensayos de Comportamiento al Fuego
RESULTADOS
Biopreservante 5 24
Fosfato/decaborato 8 >45
CCA 2 22
Clase E – No aprueba
Clase A – Aprueba
Clase D – No aprueba
Ensayos de Comportamiento al FuegoEnsayo Intermitente
RESULTADOS
Sol. fosfato monoamónico y
Compuesto de Boro (10-15%)
Paraformaldehido (100-50-25%)
monoamónico y decaborato de sodio
Ensayos de Comportamiento al FuegoEnsayo OI
RESULTADOS
Paraformaldehído
Paraformaldehído al 100% y 50%
Propició el fuego
Sin diferencias
RESULTADOS
El paraformaldehído no provocó retardancia de la llamaen las probetas, lo cual le hubiera agregado unapropiedad a la sustancia debido a su conocidacapacidad biocida.
Paraformaldehído al 25%
Sin diferencias con el testigo
De corroborar la eficiencia de la mezcla a base de boroen su capacidad fungicida y/o insecticida en la madera
Mezcla a base de boro al 15% y 10%
Arrojó valores de OI superiores a 50
RESULTADOS
en su capacidad fungicida y/o insecticida en la maderade pino ponderosa, esta sustancia representaría unainteresante alternativa de uso para el doble propósito,ignífugo y fungicida/insecticida.
Se recomienda continuar estos estudios, ensayando lasmezclas a base de boro, en soluciones de menorconcentración, al 8 y al 5 %.
Este producto cumple el ensayo pero se debe ajustar su formulación ya que descalifica por reducción de sección. Cuartea en el primer tiempo.
Sol. fosfato monoamónico y decaborato de sodio
Arrojó valores de OI superiores a 50
RESULTADOS
Ambos productos desaprobaron el ensayo decomportamiento al fuego.
Biopreservante / CCA Arrojaron valores de OI inferiores a 26
Conclusiones
Las soluciones que contienen mezcla a base de boro al 15% y al10% de concentración, proporcionaron a las muestras de madera depino ponderosa una capacidad ignífuga eficiente, de acuerdo alensayo realizado, calificándolo como un material incombustible.
Las soluciones que contienen paraformaldehÍdo al 100%, 50% yLas soluciones que contienen paraformaldehÍdo al 100%, 50% y25% de concentración, no proporcionaron propiedades retardantesde llama sobre la madera de pino ponderosa.
Las soluciones que contienen fosfato monoamónico y decaboratode sodio proporcionaron buenas propiedades retardantes de llamasobre las probetas de madera.
Las soluciones biopreservante y CCA no proporcionaronpropiedades retardantes de llama sobre la madera de pinoponderosa.
Consideraciones Finales
El estudio condujo al desarrollo de nuevas
formulaciones de soluciones impregnante con
poderes retardantes del fuego altamente eficientes
para la prevención y protección de todos los
materiales empleados en la construcción civil e materiales empleados en la construcción civil e
industrial.
Permitió además formular recubrimientos
superficiales con propiedades retardantes del fuego
con la intención de realizar ensayos experimentales
conducentes a clasificar aquellas que otorguen una
mayor seguridad a las personas
y a los bienes materiales.
