ES2394592A1 - Sistema y procedimiento de medida de la tasa máxima de calor emitida por un frente dinámico de fuego. - Google Patents

Sistema y procedimiento de medida de la tasa máxima de calor emitida por un frente dinámico de fuego. Download PDF

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Abstract

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.

Description

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 calorimetry. 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
condiciones en las que precisamente la llama es parte del proceso a analizar.
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
35
medición se pueda llevar a cabo tanto en laboratorio cubierto, si el ensayo es de
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 de error que dependerán del material en cuestión y de la precisión que desee el fabricante o desarrollador de dicho material. En la sección previamente definida se coloca el material a lo largo de la cual se producirá la propagación dinámica.
En un lugar a continuación a la dirección prevista del frente de avance a partir de la cual se ha producido el régimen estacionario se debe colocar el obstáculo cilíndrico. Dicho obstáculo debe ser de un diámetro inferior a la sección o área definida previamente para evitar el conocido "efecto borde". El material para su fabricación debe ser tal que las temperaturas previstas de la llama del material a ensayar no alteren significativamente su forma, rugosidad, diámetro exterior o en definitiva cualquier proceso de degradación que pueda provocar que no se reproduzca convenientemente el efecto chimenea o que dicho efecto no se produzca de la misma manera (mismo flujo hidrodinámico de la columna de convección) durante el ensayo o entre diferentes ensayos que se desee comparar.
La termopila tiene geometría circular, como la descrita en la norma ISO 13927 para el calorímetro de pérdida de masa, y está formada por termopares conectados a un acumulador electrónico de datos (datalogger en la literatura anglosajona) o a cualquier otro sistema que permita recibir y acumular la señal recogida por los termopares.
En función del tipo de ensayo previsto, de las dimensiones del obstáculo cilíndrico y de las dimensiones previstas de la columna de convección, el número de termopares utilizados, tipo de termopar y diámetro de la termopila pueden ser variables o, en su caso, adecuado a cada configuración.

La calibración de dichas termopilas (cuya variable de salida es una diferencia de potencial en mV) debe realizarse con un medidor de caudal regulable, para que de esta manera ofrezcan una estimación del Calor Emitido (medida en kW), Dicho medidor controla el volumen emitido de un gas de poder calorífico conocido (cp) por unidad de tiempo (con lo que se conoce la masa de gas maque atraviesa la termopila), aplicando de esta manera el principio de la entalpía ("macp.ó.T") sin más que medir la temperatura (.6.T) mediante la termopila (diferencia de potencial en m V). La calibración
debe establecerse para al menos 9 flujos diferentes medidos por dicho medidor de
caudal de manera que se pueda realizar un ajuste adecuado y hallar la equivalencia
entre mV (señal ofrecida por la termopila) y kW (variable a estimar).
La recta de calibración obtenida para el gas utlilizado (mV frente a kW) se
5
utilizará para estimar el calor emitido por el material a ensayar sin más que conocer los
mV recibidos como señal por la termopila durante el ensayo. Si se considera que el
material a ensayar va a generar un llama de baja intensidad (menos de 650 mm de
altura sobre le plano horizontal) la calibración de la termopila se podría realizar en
laboratorio utilizando un calorímetro de pérdida de masa de acuerdo con la norma
1 O
IS013927 y asumiendo que el efecto chimenea producido a sotavento del obstáculo
es similar al que se produce en el canal de la chimenea del calorímetro de pérdida de
masa.
Si no se desea hacer esta asunción o si el comportamiento de la columna de
convección se prevé diferente al que se produce en el ensayo del calorímetro de
15
pérdida de masa, se debería realizar la calibración in situ, esto es, se debería de
fabricar una instalación de metano con sus correspondiente medidor de caudal
regulable adecuados a las dimensiones y escala del experimento previsto.
La termopila se coloca junto al obstáculo cilíndrico, paralela al plano horizontal
(termopares perpendiculares a la dirección de ascensión de la columna de convección,
20
tal como describe la norma ISO 1327) y a sotavento de la dirección del frente de
avance, zona donde ascenderá verticalmente la columna de convección (figuras 1 a y
1b).
Una vez colocado el material en el área de ensayo, el obstáculo y la termopila,
se procede a la ignición del material a ensayar. Esta ignición se puede hacer por
25
cualquier procedimiento que ofrezca garantías de inflamación del material ensayado:
mecha impregnada de aceleradores de la combustión (alcohol, hidrocarburos, etc.),
fuente de radiación pilotada por chispa, llama piloto, etc. Preferentemente la ignición
debe producirse a lo largo de toda la dimensión perpendicular al frente de avance
(línea de encendido más que punto de encendido), para de esta manera tener más
30
garantías de producir un frente de fuego homogéneo que avanza aproximadamente a
la misma velocidad a lo largo de dicha dimensión. Esto garantiza, en mayor medida, la
adecuada reproducción del efecto chimenea entre diferentes ensayos una vez que el
frente se aproxima al obstáculo.
Una vez producida la ignición se debe realizar un seguimiento del frente de
35
fuego para garantizar el establecimiento del régimen estacionario (velocidad
aproximadamente constante) antes de la llegada al obstáculo. Esto se podrá realizar
mediante estimaciones visuales si la velocidad del frente lo permite, análisis de
imágenes (grabación de video), termopares a lo largo del área ensayada, u otras
cualesquiera que permitan obtener la estimación de la velocidad de avance del frente.
5
Así mismo bajo la base longitudinal se puede incorporar células de carga tales que
permitan estimar la pérdida de peso a lo largo del tiempo durante el desarrollo del
ensayo lo que, mediante procedimientos de calorimetría, ofrecería información añadida
que, acompañada a la medición de la tasa máxima de calor emitida, permitiría calcular
parámetros de importancia para caracterizar la reacción y/o resistencia al fuego del
1 O
material o producto ensayado.
Una vez que el frente de fuego se aproxima al obstáculo, los gases de la
columna de convección atravesarán la termopila. Dicho sensor, registra las diferencias
de potencial producidas (mV) como consecuencia de las variaciones de temperatura
de dicha columna.
15
Para el análisis de datos y cálculos posteriores se utiliza la calibración previa
de la termopila para transformar la diferencia de potencial en tasa de calor emitida
(kW). El resultado es una curva de la evolución de la tasa de calor emitida a lo largo
del período de ensayo (Calor emitido frente a tiempo). Si estos valores se desea que
sean absolutos sería necesario elaborarlos sobre una línea de base, generalmente la
20
temperatura ambiente. Debido a la naturaleza turbulenta de la columna de convección
(más si el ensayo es en condiciones exteriores), la curva ofrece multitud de máximos y
mínimos relativos a lo largo del ensayo. Estas curvas preferiblemente deben
suavizarse por cualquiera de los procedimientos estadísticos existentes, tales como el
método de la media móvil, método ARIMA, o cualquier método que facilite la
25
comparación de las curvas entre ensayos, y sea capaz de detectar las tendencias de
dichas curvas, así como el máximo absoluto. Se considera que este máximo absoluto
(Tasa Máxima de Calor Emitida, kW) es la variable más importante para caracterizar el
ensayo y la que viene directamente condicionada por la convección que genera el
efecto chimenea. Además dicho máximo está directamente relacionado con las
30
características del frente de avance del fuego (velocidad y longitud de llama).
Una de las principales ventajas que presenta esta metodología es que puede
utilizarse en condiciones exteriores con lo que sus aplicaciones también se refieren a
posibles nuevos usos de materiales ya existentes para los que interese conocer su
comportamiento en caso de propagación del fuego. Igualmente se considera que
35
podría aplicarse para comprobar y mejorar la eficacia de productos que retardan el
fuego. En concreto se considera que podría ser de interés para empresas que desarrollen productos y materiales inflamables expuestos a riesgo de incendio y sobre los que se quiera caracterizar su comportamiento en caso de incendio, sobre todo en condiciones exteriores (ya que para condiciones confinadas entendemos que existen 5 ensayos normalizados más adecuados). También podría resultar de interés para empresas que desarrollen productos que retardan el fuego, tanto aplicados directamente al producto como aquellos utilizados por los medios de extinción. Por último se considera que puede ser de interés para empresas dedicadas al suministro y fabricación de sistemas de ensayo y a empresas tecnológicas dedicadas a ofrecer
1 O servicios de ensayos de resistencia y reacción al fuego a terceras empresas que quieran ensayar sus productos. Por tanto, se considera que las principales aplicaciones industriales de este procedimiento son:
• Desarrollo de nuevos materiales y productos cuyo comportamiento del fuego 15 en caso de inflamación se desee caracterizar
•
Desarrollo de nuevas aplicaciones y puesta en obra de productos ya existentes donde el comportamiento del fuego no esté confinado (exteriores)
•
Caracterización del comportamiento del fuego de materiales y productos altamente inflamables
20 • Caracterización de la eficacia de productos que retardan la aparición del fuego y/o su desarrollo dinámico una vez aplicados a un producto inflamable
• Desarrollo de modelos de comportamiento del fuego en túneles de viento, mesas de quema o cualquier otro sistema de laboratorio, aplicados a materiales y configuraciones industriales de alto riesgo de incendio
25 Breve descripción de los dibujos A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
30 La figura 1 a muestra un esquema del sistema de la invención en el que se muestra la trayectoria de la columna de convección antes de llegar al obstáculo. La figura 1 b muestra un esquema del sistema de la invención en el que se muestra la trayectoria de la columna de convección al llegar al obstáculo. La figura 2 muestra un esquema de la termopila.

La figura 3 muestra un gráfico ejemplo de calibración de la termopila.
La figura 4 muestra un esquema del sistema.
La figura 5 muestra un gráfico con la señal de salida de la termopila mostrando la tasa máxima de calor emitida por la muestra, así como el suavizado de la curva mediante análisis temporal (método de la media móvil) para comparar los resultados con la medida en el calorímetro de pérdida de masa.
En las figuras anteriormente citadas se identifican una serie de referencias que corresponden a los elementos indicados a continuación, sin que ello suponga carácter limitativo alguno:
1.-obstáculo cilíndrico
2.-termopila
3.-termopar
4.-conector
5.-cable de compensación
6.-base longitudinal
7.-material de combustión
8.-ventilador Descripción detallada de un modo de realización
Se describe a continuación una manera de llevar a cabo el procedimiento aplicado a la caracterización del comportamiento de un frente dinámico de fuego generado por acícula de pino que se propaga libremente a lo largo de un túnel de viento. Este tipo de material genera una llama de baja intensidad con lo que se puede asumir que el calor emitido por dicho material en condiciones de laboratorio a pequeña escala ensayado en el calorímetro de pérdida de masa, es del mismo orden de magnitud del esperado en un túnel de viento. Esto ofrece la posibilidad de comparar ambas escalas y obtener una caracterización más completa del material ensayado.
Tal y como se explicó anteriormente y tal y como se muestra en las figura 4, 1 a y 1 b, el sistema de estimación de la tasa máxima de calor emitido por un frente dinámico de fuego que comprende:
-
una base longitudinal (6) sobre la que se deposita el material de combustión
(7),
-
un ventilador (8) como medio generador de corriente de aire, situado en uno
de los extremos la base longitudinal (6),
-
un obstáculo (1) cilíndrico 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.
La colocación de una termopila (2) a sotavento del obstáculo cilíndrico permite
5
aplicar el principio de la entalpía en un punto singular y único para cada configuración
deseada y con ello poder comparar diferentes escenarios, materiales y productos.
La termopila es un sensor barato y de fácil fabricación, así como fácilmente
adaptable a cualquier configuración deseada, presentando la importante ventaja de no
verse afectada por la llama para realizar las mediciones. Esto permite sustituir los
1 O
medidores de flujo de radiación, altamente sensibles a la llama y de muy alto coste.
El uso del efecto chimenea permite a su vez utilizar el sistema en
configuraciones exteriores y a escala real.
La comparación de dichos datos obtenidos con dispositivos de laboratorio
como el calorímetro de pérdida de masa, que utiliza el mismo principio de la entalpía,
15
permite realizar una caracterización de materiales y productos frente al fuego, no sólo
en condiciones estáticas, sino como consecuencia del comportamiento dinámico en
caso de incendio.
En la figura 1 a se muestra un ejemplo de la trayectoria de la columna de
convección durante un ensayo antes de la llegada del frente al obstáculo y en la figura
20
1 b se muestra el momento en el que el frente llega al obstáculo. Cuando se produce el
efecto chimenea los gases de la columna de convección son verticales en el entorno
del obstáculo y atraviesan el sensor diseñado al efecto (termopila) previamente
calibrado para estimar el calor máximo emitido por el frente de avance.
Como se ha comentado se asume que no existen problemas de escala para el
25
ejemplo descrito en lo que a calor emitido se refiere, con lo que se fabrica una
termopila con idénticas características a la descrita en la norma ISO 13927 para el
calorímetro de pérdida de masa (Figura 2). La termopila consta de cuatro termopares
de 1 ,6 mm de diámetro exterior revestidos tipo K. Las puntas de los termopares se
fijan a 17 mm desde la línea central de la chimenea del calorímetro de pérdida de
30
masa.
El esquema de la termopila de la figura 2 (vista cenital, fuente: norma UNE EN
ISO 13927) muestra la disposición de los termopares (3), cada uno de ellos con su
correspondiente conector (4) y su cable de compensación (5). Estos cuatro termopares
van conectados en serie a un sistema de recopilación de datos.
Esta termopila se calibra en el sistema tal y como recoge la norma mencionada
para 9 flujos distintos de metano (Figura 3). Para ello con la ayuda de un quemador
calibrado, un medidor de caudal regulable y un circuito de ignición producimos la
inflamación del gas metano (al menos 99,5% de pureza) a diferentes flujos que
5
equivalen a los correspondientes calores emitidos debido al conocido calor de
combustión del metano (27,83 cm3/s de flujo de metano equivale a 1 kW de calor
emitido). La columna de convección emitida por el metano es conducida por la
chimenea del calorímetro de pérdida de masa y pasa a través de la termopila que
deseamos calibrar, esto es, los termopares permanecen paralelos al plano horizontal y
1 O
la columna de convección, asciende verticalmente, recogiéndose las diferentes
señales de diferencia de potencial para cada un de los 9 flujos seleccionados. Estos
datos se acumulan en un sistema de recopilación de datos que debe ser capaz de
registrar datos al menos cada 5 s durante al menos 1 h y medir diferencias de
potencial con una resolución de al menos 0,02 mV
15
En el eje de ordenadas del gráfico de la figura 3, se muestran los kW emitidos para
9 flujos diferentes (correspondientes a los diferentes flujos de metano según la
equivalencia de 1 kW corresponde a 27,83 cm3/s) y en el eje de abscisas se recoge la
señal recibida por la termopila (mV).
Se presenta a continuación un ejemplo de configuración del procedimiento
20
propuesto para un ensayo en túnel de viento en condiciones exteriores (Figura 4 ).
La medida se realiza siguiendo las siguientes etapas:
-se deposita el material de combustión (7) a ensayar a lo largo de la sección
central de la base longitudinal (6) que comprende el medio generador de corriente de
aire (8) en uno de sus extremos.
25
-posteriormente se coloca en la zona central de la base longitudinal (6), sobre
la que se ha depositado el material de combustión, el obstaculo (1 ),
-a continuación se coloca la termopila (2) previamente calibrada, en la cara a
sotavento del viento del obstáculo (1 ),
-se aplica la ignición sobre el material de combustión (7) en el extremo mas
30
cercano al medio generador de aire (8), de manera que, una vez que el frente de fuego
se aproxime al obstáculo (1 ), los gases de la columna de convección atraviesan la
termopila (2),
-y finalmente se procede a la toma de datos del los valores medidos por la
termopila en cada instante, que registra las diferencias de potencial producidas como
35
consecuencia de las variaciones de temperatura de la columna de convección
producida.
En este ejemplo se pretende comparar los resultados en el ensayo de túnel de
viento con los resultados ofrecidos por el mismo material en el ensayo del calorímetro
de pérdida de masa en laboratorio a pequeña escala, con lo que la geometría, número
5
y tipo de termopares y la altura sobre la muestra a la que se coloca la termopila (0,65
m), así como la calibración de dichas termopilas, son idénticas a la establecidas con
detalle en la norma ISO 13927, en este caso aplicadas a un ensayo en condiciones
exteriores de un frente dinámico de fuego.
En este caso se aplica la ignición mediante el uso de una mecha de algodón
1 O
impregnada en etanol y quemada con ayuda de un encendedor convencional. Dicha
mecha permite producir la ignición del material (hojarasca de pino) de una forma casi
simultánea a lo largo de los 0,8 m de longitud de frente de avance. En la primera mitad
(primeros 4 m) de la sección o área central se alcanza una velocidad
aproximadamente constante del frente estimada en este caso visualmente y mediante
15
imágenes de video al paso por sucesivos puntos de control en los que también se
dispone de termopares para hallar el aumento de temperatura como consecuencia del
frente de llama. Tal y como se describe en la figura 1 cuando el frente se aproxima al
obstáculo se produce el efecto chimenea, los gases de la columna de convección son
verticales en el entorno del obstáculo y atraviesan la termopila previamente calibrada
20
para estimar el calor máximo emitido por el frente de avance. Este experimento se
puede repetir y comparar para diferentes condiciones de viento, uno de los factores
más determinantes en el comportamiento de la combustión de cualquier material
inflamable, en mayor medida si éste se ensaya en condiciones exteriores.
En la figura 5 se muestra un ejemplo de la señal de salida de la termopila una vez
25
transformada en kW utilizando la calibración mostrando el máximo absoluto de la Tasa
Máxima de Calor Emitida para una velocidad del viento suministrada por el ventilador
en túnel de viento de 2 m/s. En la misma figura se muestra también el análisis
temporal de la curva mediante el método de la media móvil y la comparación con el
calor emitido en un ensayo a pequeña escala en el calorímetro de pérdida de masa.
30
Las curvas muestran un ajuste adecuado y ratifican la asunción inicial de que el efecto
chimenea producido en el ensayo de túnel de viento reproduce razonablemente bien el
canal de la chimenea del calorímetro de pérdida de masa.

Claims (2)

  1. REIVINDICACIONES
    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. 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.
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