Setmana de la Ciència – 2009

“La ciència en primera persona”

SE Baix Llobregat II. Gavà

Generalitat de CatalunyaDepartament d’Educació

“Efecte del foc sobre materials quotidians?"

Laia Haurie Ibarra

El Foc i els Materials

Laia Haurie Ibarra

Laboratori del Foc

UPC-EPSEB

¿Com reaccionen els materials en cas d’incendi?

¿En quina mesura contribueixen a la propagació d’un foc?

¿Podem modificar-los per millorar el seu comportament?

• Comportament al foc dels diferents tipus de materials. Com es classifiquen?

•Ignifugació de materials. Utilització de retardants de flama.

• Obtenció de productes de protecció passiva contra el foc. Morters protectors i pintures intumescents

•Què és el Laboratori del Foc?

COMBUSTIÓ es defineix com una reacció irreversible entre un combustible i un comburent (generalment l’oxigen de l’aire), iniciada per una energia d’activació, en què sempre s’allibera calor i, en alguns casos, llum foc

Perquè s’origini un foc cal que es donin quatre factors simultàniament: - un combustible - un comburent - una font de calor susceptible d’assolir la temperatura d’ignició del combustible- la reacció en cadena

Tetraedre del foc

La propagació de l’incendi té lloc en diferents fases diferenciades: - la ignició- el desenvolupament inicial- la combustió sobtada generalitzada (flashover) - el ple desenvolupament- el declivi

En la fase inicial, l’elevació de la temperatura és gradual en funció del temps.En l’escenari, la calor es propaga fonamentalment per radiació, excepte en el lloc on està generant-se l’incendi, on hi ha una petita transmissió de calor perconvecció.

Transcorregut un cert temps, l’incendi arriba al màxim desenvolupament,s’aconsegueixen les temperatures més altes i la calor es transmet tant perconvecció com per radiació.

Exemple: filmació

A partir d’aquest moment, l’incendi entra en una fase de declivi en quèdisminueix la temperatura de l’escenari. Aquest declivi pot deure’s:

- al fet que s’ha consumit tota la matèria combustible- a la reducció dràstica de la presència del comburent ASFIXIA- ambdues coses alhora

Si durant aquesta la fase d’asfíxia es produeix una entrada sobtada d’oxigen es pot donat una “explosió de fums” o backdraft.

• Plàstic

• Fusta

• Formigó

• Metall

No pateixen combustió

Pateixen combustió

OBJECTIU:

Determinar el temps durant el qual l’element constructiu manté les condicions de:

• ESTABILITAT

• NO EMISSIÓ DE GASOS INFLAMABLES A LA CARA NO EXPOSADA

• ESTANQUEITAT AL PAS DE FLAMES O GASOS• RESISTÈNCIA TÈRMICA A TEMPERATURES

SUPERIORS A LES ESTABLERTES

ASSAIGS DE RESISTÈNCIA AL FOC

OBJECTIU:

• Avaluar el grau d’inflamabilitat d’un material

ASSAIGS DE REACCIÓ AL FOC

A – CAP CONTRIBUCIÓB – MOLT LIMITADA CONTRIBUCIÓ AL FOCC – LIMITADA CONTRIBUCIÓ AL FOCD – ACCEPTABLE CONTRIBUCIÓ AL FOCE – ACCEPTABLE INFLAMABILITATF – CARACTERÍSTIQUES NO DETERMINADES ENFRONT EL FOC

• Producció de fums

• Goteig de partícules inflamades

Combustió

• Combustible: Material orgànic (Fusta, plàstic,...)

• Comburent: Generalment l’oxigen

• Iniciador: Per exemple una flama

Reacció exotèrmica on es produeix CO2

Cicle de combustió

RESIDU CARBONITZAT

LÍMIT DE FASES

CALOR DISPERSIÓ

PRODUCTES

CALOR DISPERSIÓ

FASE GASOSA

OXIDACIÓ TÈRMICA (FLAMA)

OXIGEN

FASE CONDENSADA

CALOR (FONT

IGNICIÓ)

PRODUCTES VOLÀTILS

OXIDACIÓ TÈRMICA

DEGRADACIÓ TÈRMICA

Tipus d’acció

FASE GASEOSADilució dels gasos de piròlisi

Inhibició radicalària

FASE CONDENSADA

Dilució

Descomposició endotèrmica

Efectes barrera

RETARDANTS DE FLAMA

Es comportarà millor una estructura de formigó armat o una de fusta?

En cas d’incendi:

Canvis de color del formigó amb la temperatura

Ciment Portland

Ciment Aluminós

Tamb 800ºC

P CO

P:porlandita C:calcita

O: Lima

A

AH

AH: hydrated tricalcium aluminate A: tricalcium aluminate

Metalls

• Dilatacions

• Deformacions

REQUEREIXEN PROTECCIÓ

ELEMENTS DE PROTECCIÓ PASSIVA

Tenen com a finalitat protegir una estructura impedint que s’assoleixin elevades

temperatures en cas d’incendi.

• Morters projectats

• Pintures intumescents

Morters projectats

• Baixa conductivitat tèrmica

• Reaccions endotèrmiques

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 2000 4000 6000 8000tiempo (s)

Tem

per

atu

ra (

ºC)

Temp. Horno

Temp. Sup. Exterior

Temp. Interior (M2)

Temp. Interior (100H)

Pintures intumescents

Les pintures intumescents tenen una composició basada en diferents productes que a una certa temperatura reaccionen alliberant gas, la qual cosa provoca un augment de volum important i produint un residu carbonós molt espumat i amb gran poder aïllant.

ASSAIGS DE REACCIÓ AL FOC

PANELL RADIANT

EQUIP DE GOTEIG

UTILITZACIÓ DE SIMULADORS

EXEMPLE

Flame propagation:

Temperature distribution:

CO2 concentration:

EXEMPLE – Incendi real

http://www.nist.gov/public_affairs/releases/wtc_videos/wtc_videos.html