ES2394628B2 - Sistema de evaluación térmica de prendas ignífugas. - Google Patents
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Abstract
Sistema de evaluación térmica de prendas ignífugas que comprende:#- un equipo de generación de calor (1) radiante, de convección y de conducción, que comprende un conjunto de barras de carburo de silicio (8), al menos un quemador de gas (9) un brazo con extremo calefactable (10)#- un equipo de obturación (2) por el que atraviesa el flujo de calor producido en el equipo de generación de calor (1),#- un equipo de calibración y medida (3) al que llega el flujo de calor obtenido en el equipo de generación de calor y sobre el que se deposita la muestra a ensayar, que comprende un calorímetro (14) y un dispositivo de medida (15) unidos por una estructura motorizada (13).
Description
- SISTEMA DE EVALUACIÓN TÉRMICA DE PRENDAS IGNÍFUGAS
- Campo de la invención
- La presente invención se engloba dentro del campo de los ensayos de medida
- 5
- de la resistencia térmica de materiales y más en concreto, en el estudio de la
- resistencia térmica de materiales térmicos ignífugos o estructuras textiles ignífugas.
- Antecedentes de la invención
- La resistencia térmica de una prenda ignífuga depende del tipo, combinación y
- localización de los tejidos que la componen (normalmente se utilizan varios tejidos en
- 1O
- disposición multicapa) y de otros elementos constructivos tales como cremalleras o
- cintas reflectantes. Por ello, deben ser evaluados los elementos de una prenda
- completamente confeccionada.
- Para llevar a cabo dicha evaluación existen en la actualidad varios ensayos
- normalizados. Entre ellos, el ensayo normalizado TPP (Thermal Protective
- 15
- Performance, norma ISO 17492) permite simular calor radiante y convectivo de
- manera conjunta pero no permite estudiar el efecto individual de cada componente.
- Otro ensayo normalizado es el RPP (Radiant Protective Performance, norma
- ASTM F1939). La principal limitación de dicho ensayo es que dispone de una única
- fuente de generación de calor, en concreto de calor radiante.
- 20
- Por otro lado, las normas europeas EN 6942:2002 y EN 367:1994 definen
- sistemas de ensayo de resistencia térmica frente a, respectivamente, calor radiante y
- calor convectivo con lo que, al igual que en el caso anterior, solo permiten la
- evaluación de la resistencia térmica frente a cada componente por separado.
- Otra limitación de los anteriores métodos de ensayo consiste en que el sistema
- 25
- de_medida está basado en el uso de un calorímetro de cobre que permite obtener una
- medida global del calor transmitido a través del tejido pero mediante el cual no es
- posible evaluar efectos locales en áreas particulares del tejido de muestra. Además de
- ello, en todos los casos se evalúa el rendimiento térmico en condiciones extremas de
- alto flujo de calor incidente y bajo tiempo de exposición.
- 30
- A partir de un análisis de los ensayos actuales se concluyó que éstos no tratan
- varias cuestiones que influyen de manera significativa en el comportamiento de la
- prenda, como pueden ser:
- 1 ) Variación de las propiedades térmicas debido a compresión de la estructura
- multicapa de tejidos. Esta compresión puede ser causada por los movimientos del
- 35
- usuario o, incluso, por el propio peso del equipo (por ejemplo en ei área de los
hombros). 2) Variación de las propiedades térmicas en áreas donde se colocan componentes adicionales, como cremalleras o cintas reflectantes. 3) Larga exposición a flujos de calor inferiores a los niveles especificados en 5 los ensayos existentes. 4) Posibilidad de extrapolar los resultados de cara a estimar los efectqs en el cuerpo humano bajo condiciones de fuego reales. 5) Evaluación del efecto del flujo de calor recibido sobre el aumento de P interna del cuerpo humano y, consecuentemente, sobre el riesgo de desmayo. 1 O . Descripción de la invención
La presente invención se refiere a sistema que comprende comprende un equipo de generación de calor, . un dispositivo obturador que sirve para dejar pasar o no el flujo de calor hacia la muestra y que se usa para marcar el inicio/fin de los ensayos, y un equipo de calibración y medida, al que llega el flujo de calor obtenido en
15 el equipo de generación de calor y sobre el que se deposita la mu~stra a ensayar, que permite evaluar la resistencia térmica presentada por estructuras textiles usadas en prendas ignífugas.
El dispositivo permite generar con flujo regulable y simultánea o individualmente calor radiante, convectivo y de conducción y dispone de un elemento 20 destinado a emular térmicamente un cuerpo humano.
El ,emulador de cuerpo humano cuenta con un sistema de medida tal que permite determinar tanto los efectos que el flujo de calor tiene sobre la superficie del emulador, lo cual se relaciona con el riesgo de quemaduras en la piel, como el efecto que dicho flujo tiene sobre el aumento de temperatura interna del emulador, lo cual se
25 relaciona con el riesgo de desmayos. El sistema permite tener en cuenta los efectos locales que elementos como cremalleras o cintas reflectantes tienen sobre la resistencia al paso de dicho flujo. La invención tiene por objeto evaluar térmicamente prendas ignífugas teniendo en cuenta las distintas condiciones de trabajo a las que van a ser sometidos, los
30 · distintos elementos usados en su construcción y su influencia sobre la seguridad del usuario en lo que se refiere a posibles quemaduras y/o desmayos. Para ello, y como primer aspecto esencial, incluye un sistema de medida ·basado en una matriz de sensores de P que, frente a los sistemas actuales de medida de resistencia térmica de un área, permiten observar efectos locales debidos a elementos tales como
- cremalleras o cintas reflectantes y que, por tanto, permite evaluar el mayor riesgo de
- quemaduras en esas zonas. ,
- Un segundo aspecto de la invención es la inclusión de un elemento de
- emulación térmica del cuerpo humano que incluye sensores internos de P destinados
- 5
- a la evaluación del riesgo de desmayo.
- Como tercer elemento significativo de la invención se incluye un brazo móvil
- cuyo extremo es calefactable y que permite simular tanto calor por conducción como
- compresiones de capas.
- Por último, el sistema incluye mecanismos para simular tanto individual como
- 1O
- conjuntamente las tres fuentes de calor existentes (radiante, convección y
- conducción). En todos los casos permite además regular el flujo en un amplio rango de
- valores para, con ello, simular todos los escenarios posibles de trabajo.
- Breve descripción de los dibujos
- A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos
- 15
- 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.
- La Figura 1 muestra diagrama de bloques del sistema de ensayo.
- La Figura 2 muestra una sección longitudinal de la instalación en posición
- 20
- horizontal.
- La Figura 3 muestra una sección longitudinal de la ínstalación en posición
- vertical.
- La figura 4 muestra una vista frontal del sistema de calibración/medida de la
- instalación, sin subsistema portamuestras.
- 25
- La figura 5 muestra una vista lateral del sistema de calibración/medida de la
- instalación, con subsistema portamuestras.
- 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:
- 30
- 1 . -Sistema de generación de Calor
- 2.-Sistema de Obturación
- 3.-Sistema de Calibración y Medida
- 4.-Sistema de Adquisición de datos
- 5.-Sistema de control
6.-Interfaz de usuario y de registro de datos
7.-Sistema auxiliar
8.-Conjunto de barras de carburo de silicio
9.-Quemadores de gas tip.o Meker
10.-Brazo articulado de dos grados de libertad
11.-Cabeza
12.-Pantalla móvil
13.-Estructura motorizada
14.-Calorímetro
15;-Dispositivo de Medida .
16.-Elemento de sujeción de las muestras
17.-Termopares internos
18.-Termopares externos
19.-Disco de Cobre
Descripción detallada de un modo de realización El sistema de evaluación térmica de la invención comprende:
- -
- un equipo de generación de calor (1) que comprende un conjunto de barras de carburo de silicio (8), al menos un quemador de gas (9) un brazo con extremo calefactable ( 1 0), -·un dispositivo obturador que regula el paso del flujo de calor producido en el equipo de generación de calor ( 1 ), dejando pasar o no el flujo de calor hacia la muestra y que se usa para marcar el inicio/fin de los ensayos, -un equipo de calibración y medida (3) al que llega el flujo de calor incidente en la muestra en cada ensayo El sistema se complementa con un sistema de control (5), un sistema de
adquisición y acondicionamiento de datos (4) y un sistema de interfaz de usuario y registro de datos (5), tal y como puede verse en la figura 1, para el tratamiento de los datos y medidas ontenidos en el equipo de calibración y medida (3).
El sistema de generación de calor (1) permite evaluar el comportamiento del equipo ignífugo bajo tres tipos diferentes de transmisión de calor:
a) El calor radiante es generado mediante efecto Joule aplicando una corriente controlada a un conjunto de barras de carburo de silicio (8). Las barras pueden alcanzar una temperatura superior a 1000 °C, permitiendo que flujos de calor controlados de hasta 80kW /m2 sean aplicados a las muestras bajo ensayo. Se incluye un regulador electrónico para el control preciso del flujo.
- b) El calor convectivo es generado mediante dos quemadores de gas tipo
- Meker (9). El sistema incluye un sistema para variar la distancia mecheros-muestras
- para, con ello! poder regular el nivel de flujo incidente.
- e) El calor conductivo es generado mediante un brazo articulado de dos grados
- 5
- de libertad (10) cuyo extremo es calefactable .Esta estructura .es también usada para
- comprobar el comportamiento de estructuras de tejido multicapa comprimidas. La
- cabeza del extremo es intercambiable (11) de modo que se puedan simular distintos
- perfiles de esfuerzos de compresión (compresiones · puntuales, compresiones
- uniformes sobre un área, etc.)
- 1 O
- Además de los sistemas de generación de calor propiamente dichos, el
- sistema incluye dos sistemas auxiliares:
- -El primero de ellos es un medio de rotación (7) que permite una rotación de
- 90° de los sistemas de generación y de medida y, con ello, el cambio entre la posición
- horizontal y vertical del sistema. La necesidad de incluir dicho sistema surge de que la
- 15
- posición del elemento calefactor y la muestra bajo ensayo es distinta en el ensayo de
- calor radiante puro que en el ensayo de calor convectivo puro. Así, en el primero de
- los casos, la fuente de calor y la muestra están alineadas horizontalmente, mientras
- que en el segundo la muestra se coloca encima de la fuente de calor (Figura 3). Esto
- se debe a que los ensayos de radiación pura no pueden ser realizados con orientación
- 20
- vertical ya que en este caso se produce un efecto convectivo adicional y con el
- sistema en posición horizontal no se pueden conseguir los niveles de flujo convectivo
- deseados usando un flujo de gas razonable. El sistema de generación de calor por
- conducción funciona en ambas posiciones, por lo que mediante el sistema planteado
- es posible la generación de cualquier combinación de flujos de calor deseada.
- 25
- -El segundo de los sistemas auxiliares es una pantalla móvil (12) de un
- material rígido, ligero, no combustible y de baja conductividad térmica que actúa como
- dispositivo obturador (2), que permite exponer o aislar la muestra de ensayo de las
- fuentes de calor, definiendo con ello los intervalos de tiempo durante los cuales se
- realizan los ensayos.
- 30
- El sistema comprende también un equipo de medida y calibración (3), ya que,
- uno de los requerimientos más importantes del sistema de ensayo es la realización de
- ensayos bajo condiciones conocidas y repetibles. Esto implica la necesidad de
- conocer el flujo de calor incidente en la muestra en cada ensayo. Para ello, se incluye
- un calorímetro (14) que permite medir, antes de cada ensayo, el flujo calorífico
- 35
- incidente, de manera que éste pueda ser ajustado al valor requerido.
- un calorímetro (14) que permite medir, antes de cada ensayo, el flujo calorífico
- incidente, de manera que éste puedá ser ajustado al valorrequerido.
- El calorímetro (14) consiste en un disco de cobre (19) cuyas dimensiones y
- masa son conocidas de manera precisa colocado sobre un material aislante térmico.
- 5
- La parte frontal del disco es recubierta con pintura negra para incrementar el
- coeficiente de absorción de radiación térmica.
- Además de conocer el flujo de calor que es aplicado a la muestra bajo ensayo,
- como se ha indicado anteriormente, se incluye un dispositivo de medida (15) que
- permite extrapolar los resultados y con ello evaluar el comportamiento de la prenda
- 1 O
- bajo fuego real y los efectos resultantes en el usuario. Este dispositivo está basado
- en una silicona con un comportamiento térmico similar en términos de difusividad y
- conductividad térmica al del cuerpo humano, de manera que se puede conocer la
- temperatura a la que una persona se vería expuesta.
- En dicho bloque de silicona se encuentran embutidos un conjunto de
- 15
- termopares tipo K. De ellos, 16 termopares (18) han sido distribuidos regularmente en
- la superficie, para la medida de la temperatura supeficial,y 2 han sido distribuidos en el
- interior ( 17), para la medida de la temperatura interna. El tamaño del bloque, de
- 200x200mm, se ha decidido de manera que permita utilizar muestras de un tamaño
- suficiente para evaluar el efecto local de los diferentes accesorios que puede llevar un
- 20
- equipo de protección ignífugo. Los termopares superficiales se usan para evaluar el
- riesgo de quemaduras superficiales y los internos para evaluar el riesgo de desmayo.
- Sobre ambos calorímetro (14) y dispositivo de medida (15) se sitúan elementos
- destinados a la sujeción de las muestras a ensayar (16).
- Una estructura motorizada (13) permite cambiar entre las posiciones de
- 25
- calibración y medida, de manera que la primera pueda ser usada en la inicialización de
- los experimentos y la segunda en los experimentos en si.
Claims (1)
- REIVINDICACIONES1-Sistema de evaluación térmica de prendas ignífugas, que comprende: -un equipo de generación de calor (1) radiante, de convección y de conducción, -un equipo de calibración y medida (3) al que llega el flujo de calor obtenido en el equipo de generación de calor y sobre el que se deposita la muestra a ensayar,dicho sistema de evaluación térmica de prendas ignífugas caracterizado por que el equipo de generación de calor (1) comprende un conjunto de barras de carburo de silicio (8), al menos un quemador de gas (9) un brazo con extremo calefactable (10), 2.-Sistema según reivindicación 1 caracterizado por que comprende un medio de rotación (7), que permite una rotación de 90° de los equipos de generación de calor
- (1)
- Y de calibración y medida (3) y, con elio, el cambio entre la posición horizontal y vertical del sistema. 3.-Sistema según reivindicaciones 1-2 caracterizado por que comprende un dispositivo obturador (2, 12) regulador del paso del flujo de calor producido, situado entre el equipo de generación de calor (1) Y el equipo de calibración y medida (3). 4 .-Sistema según reivindicaciones anteriores caracterizado por que el equipo de medida y calibración (3) comprende un calorímetro (14) y un dispositivo de medida
- (15)
- unidos por una estructura motorizada (13). 5.-Sistema según reivindicación 4 caracterizado por que el calorímetro (14) comprende un disco de cobre (19). 6.-Sistema según reivindicaciones 4 y 5 caracterizado por que el dispositivo de medida (15) comprende una pluralidad de termopares (18, 17)distribuidos entre el interior y el exterior del dispositivo de medida (15). 7.-Sistema según reivindicación 6 caracterizado por que el dispositivo de medida (15) comprende un bloque de silicona en el que se encuentran embutidos los termopares (17, 18) 8.-Sistema según reivindicaciones 4-7 caracterizado por que sobre el calorímetro (14) Y el dispositivo de medida (15) se sitúan medios de sujeción (16) de las muestras a ensayar. 9.-Sistema según reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende un sistema de adquisición de datos (4) obtenidos en el equipo de calibración y medida (3), un sistema de control (5) y un sistema de interfaz de usuario y registro de datos (5).
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