Determinação das taxas de liberação de calor e fumaça aparente de materiais e produtos usando o calorímetro de consumo de oxigênio ASTM E1354

O método de ensaio padrão ASTM E1354 para determinação das taxas de liberação de calor e fumaça aparente de materiais e produtos usando calorimetria de consumo de oxigênio, desenvolvido pela Sociedade Americana para Testes e Materiais (ASTM), é um padrão de resposta a incêndio que permite medir a resposta de materiais expostos a níveis controlados de aquecimento radiante, com ou sem ignição externa.

O método de teste descrito aqui é utilizado para determinar a inflamabilidade, as taxas de liberação de calor, as taxas de perda de massa, o calor efetivo de combustão e a formação de fumaça visível de materiais e produtos.

A taxa de liberação de calor é determinada pela medição do consumo de oxigênio, que por sua vez é determinado pela concentração e vazão de oxigênio no fluxo de gases de escape. O calor efetivo de combustão é determinado pela medição simultânea da taxa de perda de massa da amostra e da taxa de liberação de calor. A formação de fumaça é medida pela obstrução da luz pelo fluxo de gases de combustão.

As amostras devem ser submetidas a fluxos de calor iniciais de teste que variam de 0 kW/m² ^a 100 kW/m² ^. Quando for utilizada ignição externa, esta deve ser feita com uma faísca elétrica. O valor do fluxo de calor inicial de teste e o uso de ignição externa devem estar de acordo com as especificações da norma de material ou desempenho pertinente. A orientação normal de teste da amostra é horizontal, independentemente de a aplicação final envolver uma orientação horizontal ou vertical. O dispositivo também inclui recursos para testes em orientação vertical, que são utilizados apenas para trabalhos exploratórios ou de diagnóstico.

A inflamabilidade é definida como o tempo decorrido desde a exposição inicial até a chama sustentada.

Este método de teste foi desenvolvido para uso em avaliações de materiais e produtos, modelagem matemática, projetos, desenvolvimento e pesquisa. Exemplos de amostras de materiais incluem partes do produto final ou vários componentes utilizados no produto final.

A norma ASTM E1354 é amplamente utilizada para ensaios de resistência ao fogo e um dos métodos mais importantes para avaliar o comportamento de materiais quando expostos a condições de incêndio. O ensaio é realizado utilizando um dispositivo chamado calorímetro de cone, que simula a exposição real ao fogo em um ambiente laboratorial controlado.

O objetivo principal da norma ASTM E1354 é medir as propriedades de reação ao fogo de materiais quando expostos a um nível definido de calor radiante. Esta norma avalia especificamente os seguintes parâmetros:

• Taxa de liberação de calor
• Produção de fumaça
• Características de ignição
• Perda de massa durante a combustão
• Formação de gases tóxicos (monóxido de carbono, dióxido de carbono)

Esses parâmetros são cruciais porque a taxa de liberação de calor é o fator mais importante no crescimento e propagação de um incêndio.

O método de ensaio padrão ASTM E1354 baseia-se no princípio da calorimetria de consumo de oxigênio, que é o seguinte:

• A quantidade de calor liberada durante a combustão é diretamente proporcional à quantidade de oxigênio consumido.
• Aproximadamente 13,1 MJ de calor são liberados para cada quilograma de oxigênio consumido, o que permite um cálculo preciso da intensidade do fogo.

O calorímetro cônico utilizado nos testes consiste em vários componentes básicos:

• Aquecedor radiante cônico (aproximadamente 100 kW/m²)²(Fornece fluxo de calor controlado até)
• Suporte para amostras (normalmente para amostras de 100 mm x 100 mm)
• Sistema de ignição (ignitor de faísca)
• Sistema de escape (coleta gases de combustão)
• Analisador de oxigênio (mede a depleção de oxigênio)
• Célula de carga (mede a perda de massa)
• Sistema de medição de fumaça

Este sistema permite o monitoramento detalhado e em tempo real do comportamento da combustão.

O processo de teste geralmente segue estas etapas:

• Preparação das amostras: As amostras são acondicionadas em temperatura e umidade controladas. Geralmente são amostras lisas e representam os materiais reais a serem utilizados.
• Exposição ao calor: A amostra é submetida a um fluxo de calor radiante predefinido (normalmente 35 ou 50 kW/m³).²) está exposto a.
• Ignição: A amostra pode inflamar-se espontaneamente ou com um ignitor de faísca.
• Coleta de dados: Medições são realizadas continuamente para os seguintes parâmetros:
  • Taxa de liberação de calor
  • densidade de fumaça
  • perda de massa
  • concentrações de gás
  • Duração do teste

O teste continua até que a combustão cesse ou até que um período de tempo definido seja atingido.

• Principais parâmetros medidos: A norma ASTM E1354 fornece um amplo conjunto de dados, incluindo:
  • Taxa de liberação de calor mais alta
  • Liberação total de calor
  • Tempo de ignição
  • Taxa de perda de massa
  • taxa de produção de fumaça
  • calor de combustão eficaz
  • Emissões de gases (monóxido de carbono, dióxido de carbono, gases tóxicos)

Esses resultados ajudam os engenheiros a entender como um material contribui para a intensidade do fogo.

A norma ASTM E1354 é utilizada em diversos setores, incluindo:

• Materiais de construção (isolamento, painéis, pisos)
• Automotivo e transporte
• Eletrônicos e cabos
• Móveis e têxteis

Aplicações típicas desta norma incluem:

• Desenvolvimento de produtos e P&D
• Engenharia de segurança contra incêndio
• Conformidade com as normas legais
• Dados de entrada para modelagem de incêndios

As vantagens da norma ASTM E1354 são as seguintes:

• Requer uma amostra pequena, mas fornece dados abrangentes.
• É altamente repetível e confiável.
• Indicado para pesquisa e comparação de produtos.
• Fornece dados que podem ser usados ​​em modelos de simulação de incêndio.

Entretanto, esta norma tem algumas limitações:

• Este é um teste em escala de bancada, não um cenário de incêndio em grande escala.
• Os resultados podem não representar com precisão as condições reais de um incêndio.
• A modelagem de incêndios requer a opinião de especialistas.

Em conclusão, a norma ASTM E1354 é uma das mais importantes normas de ensaio de incêndio para avaliar o comportamento de materiais sob exposição ao fogo. Ao medir a liberação de calor, a produção de fumaça e as características de combustão, ela fornece dados essenciais para o projeto de segurança contra incêndio, a seleção de materiais e a conformidade com as normas. Sua capacidade de simular condições realistas de incêndio em pequena escala torna essa norma uma ferramenta indispensável na ciência e engenharia de incêndio modernas.

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