NORMA CHILENA OFICIAL
NCh1914/2.Of85
Prevención de incendio en edificios - Ensayo de reacción al fuego - Parte 2: Determinación del calor de combustión de materiales en general
Preámbulo El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos organismos. La norma NCh 1914/2 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional de Normalización, y en su estudio participaron los organismos y las personas naturales siguientes: Aislantes AISLAPOL S.A.C. e l. Aislantes Nacionales Asociación Chilena de Seguridad, ACHS Cámara Chilena de la Construcción Colegio de Constructores Civiles Compañía Industrial EL VOLCAN S.A. Comunidad Bilbao Consejo Nacional de Seguridad Corporación Chilena de la Madera, CORMA Cuerpo de Bomberos de Santiago Dirección de Arquitectura, Ministerio de Obras Públicas
Daniel Longueira S. Ramón Ruiz F. Juan Fuenzalida P. Mario Ley P. Eduardo Waissbluth S. Francisco Véliz A. Germán Alzérreca M. Pedro Echeverría B. Olegario Vásquez G. Manuel Dinamarca R. Giamberto Bisso C. José Olavarría U. Alberto Rosselot Armando Oyarzún F. Francisca Baeza C.
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NCh1914/2 HÄRTIPOL S.A. Instituto de Investigaciones y Ensayes de Materiales, Universidad de Chile, IDIEM Instituto de Salud Pública, ISP Instituto Nacional de Normalización, INN Maderas y Paneles S.A. Maderas y Sintéticos S.A. Ministerio de Salud Ministerio de Vivienda y Urbanismo, MINVU
Municipalidad de La Cisterna Municipalidad de Ñuñoa Municipalidad de Providencia Sociedad Industrial Pizarreño S.A. Universidad de Valparaíso Universidad Técnica Federico Santa María
Patricio Ursic L. Miguel Bustamante S. Juan Alcaíno L. Gabriel Rodríguez J. Ramón Undurraga D. Javier Izquierdo V. Hernán Aubert C. Francisco Alarcón M. Santiago Castillo R. Francisco Osorio M. Teresa Sancho P. Daniel Súnico H. Jaime Téllez T. María Ruiz A. Ximena Monroy C. Andrés Lira M. Max Burr Ignacio Santa Cruz F. Eduardo Cruzat F. Gustavo Jacquin N.
Esta norma se estudió para establecer un método de ensayo para determinar el calor de combustión de materiales de construcción, con el fin de cuantificar la carga combustible de los edificios que a su vez permite fijar criterios de prevención de incendios. Esta norma concuerda parcialmente con la ISO 1716. Esta norma ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en sesión efectuada el 25 de Enero de 1985. Esta norma ha sido declarada norma chilena Oficial de la República, por Decreto N° 51, de fecha 28 de Marzo de 1985, del Ministerio de Vivienda y Urbanismo, publicado en el Diario Oficial N° 32.157, del 27 de Abril de 1985. Esta norma es una "reedición sin modificaciones" de la norma chilena Oficial NCh1914/2.Of85, "Prevención de incendio en edificios - Ensayo de reacción al fuego Parte 2: Determinación del calor de combustión de materiales en general", vigente por Decreto N° 51, de fecha 28 de Marzo de 1985, del Ministerio de Vivienda y Urbanismo.
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NORMA CHILENA OFICIAL
NCh1914/2.Of85
Prevención de incendio en edificios - Ensayo de reacción al fuego - Parte 2: Determinación del calor de combustión de materiales en general
1 Alcance Esta norma establece un método de ensayo para determinar el calor de combustión de materiales en general.
2 Campo de aplicación Esta norma se aplica a los materiales o productos en general que puedan formar parte de edificios o encontrarse en el interior de éstos durante un incendio.
3 Referencias NCh43 NCh44 NCh933
Selección de muestras al azar. Inspección por atributos - Tablas y procedimientos de muestreo. Prevención de incendio en edificios - Terminología.
4 Terminología 4.1 calor de combustión superior: cantidad de calor liberado por la combustión completa de una masa unitaria de material o sustancia. NOTA - El calor de combustión superior varía según que la combustión se efectúe a presión o a volumen constante. En la presente norma se considera solamente el calor obtenido a volumen constante.
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NCh1914/2 4.2 calor de combustión inferior: cantidad de calor que se obtiene deduciendo del calor de combustión superior, el calor latente de vaporización del agua condensada en la bomba después de la combustión, es decir, del agua formada por la combustión del hidrógeno presente en el material, del agua debida a humedad contenida en el material y del agua de cristalización que pudiera estar presente en el mismo. 4.3 Otros términos se encuentran definidos en la norma NCh933.
5 Simbología c
=
C
= correcciones por efecto del calor desprendido o absorbido o por otras causas que las debidas al cambio de calor con el recipiente de agua, MJ;
E
= equivalente en agua del aparato, kg, determinado por un ensayo de calibrado idéntico, sobre una probeta de ácido benzoico (Ho = 26,435 MJ/kg);
Hoa
= calor de combustión superior de la sustancia adicional, MJ/kg;
Hof
= calor de combustión superior de los productos utilizados para iniciar la combustión de la probeta, MJ/kg, (ver Nota);
m
= masa de la probeta, kg;
ma
= masa de la sustancia adicional, kg;
mf
= masa de los productos utilizados para provocar el encendido de la probeta, kg;
n
= duración del período principal, s;
n’
= tiempo transcurrido entre el comienzo del período principal y el momento en que el incremento de temperatura alcance el valor 0,6 (tm - ti), s;
q
= calor de vaporización del agua condensada en la bomba, MJ/kg;
Qsup
= calor de combustión superior, MJ/kg;
Qinf
= calor de combustión inferior, MJ/kg;
ti
= temperatura inicial del agua en el vaso calorimétrico al iniciarse el período principal, °C;
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corrección por los cambios de calor transferido entre el vaso calorimétrico y el recipiente de agua, °C;
NCh1914/2 NOTA - El calor de combustión superior del conductor de encendido empleado es según el material empleado: -
cromo níquel
Hof =
1,403 MJ/kg
-
platino
Hof =
0,419 MJ/kg
-
hierro puro
Hof =
7,490 MJ/kg
-
algodón
Hof = 17,543 MJ/kg
tm
= temperatura máxima alcanzada durante el período principal, ºC:
v’
= gradiente medio de variación de la temperatura durante el período preliminar, º C/s;
v”
= gradiente medio de variación de la temperatura durante el período final, °C/s;
w
= contenido proporcional de agua condensada en la bomba después de la combustión
W
= masa del agua destilada introducida en el vaso calorimétrico, kg.
6 Muestreo La muestra deberá ser lo suficientemente amplia para que sea representativa del material, principalmente en el caso de materiales heterogéneos. Si es necesario un muestreo estadístico, éste se hará de acuerdo a lo establecido en las normas NCh43 y NCh44.
7 Determinación del calor de combustión superior 7.1 Sustancias combustibles adicionales Con el objeto de asegurar una combustión completa, en el caso que el calor de combustión superior de los materiales sometidos a este ensayo sea relativamente bajo, frecuentemente es necesario recurrir a alguno de los siguientes procedimientos: a)
incrementar el calor de combustión superior de la probeta añadiendo un producto muy combustible, de calor de combustión superior conocido, por ejemplo. ácido benzoico;
b)
recubrir la probeta con un material muy combustible y de calor de combustión superior conocido; o
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NCh1914/2 c)
utilizar cualquier otro procedimiento que asegure la combustión completa, siempre que no comprometa la precisión del ensayo.
NOTA - Para comprobar, después del ensayo, que la combustión ha sido completa, sea seca el residuo, se pesa con una precisión de 0, 1 mg y se calcina durante una hora en un horno ventilado a una temperatura de 900 ºC. Después se enfría en un desecador hasta la temperatura ambiente; una segunda pesada indica si la combustión ha sido completa. Si no lo es deberá repetirse el ensayo.
7.2 Aparatos 7.2.1 Agitador, accionado por un motor de velocidad constante y regulable, provisto de todos sus accesorios. 7.2.2 Balanza analítica, con precisión de 0, 1 mg. 7.2.3 Bomba calorimétrica de alta presión, equipada con todos sus accesorios. 7.2.4 Crisoles, de platino, cromo, níquel o cuarzo fundido, o cualquier otro material resistente al calor, a la corrosión, a la oxidación y apropiados para mantener la probeta en su adecuada posición. 7.2.5 Encendido eléctrico, conductor de platino, hierro puro o cromo-níquel, para provocar el encendido. 7.2.6 Recipiente del agua, cuya superficie en contacto con el agua estará pulimentada y aislada. El recipiente estará dotado de todos sus accesorios. 7.2.7 Termómetro de precisión, instrumento para la medición de la temperatura del agua el calorímetro con una precisión de 0,1 °C. 7.2.8 Vaso calorimétrico, especial para la bomba, equipado con todos sus accesorios. 7.2.9 Circuito de ignición, alimentado por una tensión inferior a 20 V. 7.2.10 Manómetro, que pueda acoplarse al conducto del oxígeno para indicar la presión en la bomba durante la carga. Al final de la misma esta presión será de 2 451,6 kPa.
7.3 Preparación de las probetas La muestra deberá ser preparada hasta conseguir la probeta a ensayar, empleando uno de los siguientes métodos: 7.3.1 Materiales homogéneos Para los materiales homogéneos se tritura la muestra inicial hasta conseguir reducirla a partículas o polvo para someterlas a la combustión en el horno. La toma de muestra se realizará por el método de cuarteo.
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NCh1914/2 7.3.2
Materiales heterogéneos
7.3.2.1 Separación Los componentes de la muestra inicial deberán separarse tanto como sea posible. Pesar cada uno de ellos para determinar la composición de la muestra, triturar cada componente y proceder como se indica en 7.3.1. Preparar una probeta final de cada componente, cuya masa sea tal que mezclados tengan la misma composición que la probeta inicial. 7.3.2.2 Materiales cuyos componentes no puedan separarse fácilmente Si en la muestra inicial no puede hacerse la separación de sus componentes, se tritura y separan las partículas o el polvo obtenido por tamizado o por cualquier otro método adecuado. El residuo se trata como se indica en 7.3.2.1. 7.3.2.3 Materiales que no admiten ningún tipo de separación En este caso se procederá como con un material homogéneo (ver 7.3.1). 7.3.2.4 Materiales en que uno de sus componentes o el material completo no pueda ser fácilmente triturado Se intentará conseguirlo por otros medios apropiados que permítan obtener partículas tan pequeñas como sea posible para formar las probetas. 7.3.3 Materiales compuestos Se procederá como se describe en 7.3.2. 1, salvo que con cada componente se prepare una probeta final. 7.3.4 Otros tipos de materiales Se empleará cualquier otro método que permita obtener una probeta final, tan representativa como las obtenidas por los procedimientos indicados.
7.4 Acondicionamiento Las probetas se acondicionarán, a lo menos desde 20 h antes de realizar los ensayos, en cámara u otro medio en que se disponga de una temperatura de 20 °C ± 2 ºC y una humedad relativa de 65% ± 5%.
7.5 Procedimiento Pesar el crisol o dispositivo para sostener la probeta, el conductor de encendido en el caso de quemarse, la sustancia adicional para conseguir una combustión completa, etc., con una precisión de 0,1 mg. El conductor de encendido se coloca en el interior de la probeta o rodeando a la misma, de tal forma que la combustión quede asegurada.
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NCh1914/2 Introducir 5 cm3 de agua destilada en la bomba. Cerrar la bomba y conectarla con la conducción de oxígeno; extraer el aire de la bomba con ayuda de una lenta corriente de oxígeno y mantener abierta la válvula de aire; cerrar dicha válvula y proceder a efectuar lentamente la carga de la bomba con oxígeno hasta una presión de 2 451,6 kPa (24,52 bar). Desconectar la conducción de oxígeno. Introducir el vaso calorimétrico en el interior del recipiente del agua. Colocar la bomba dentro del vaso calorimétrico. Colocar en su posición el agitador y el termómetro y conectar los bornes de los electrodos de la bomba al circuito de encendido. Introducir en el vaso calorimétrico agua destilada en cantidad suficiente para cubrir la bomba. La masa del agua debe determinarse con una precisión de 1 g. Esta cantidad será idéntica a la utilizada en el momento del ensayo de calibrado. La temperatura del agua del vaso deberá ser inferior en 1,5 °C aproximadamente a la temperatura del agua del recipiente de doble pared que envuelve el calorímetro, si el calorímetro no es adiabático. El aumento de la temperatura del agua del calorímetro debido al encendido y a la combustión completa de la probeta, será del orden de unos 3 °C. Se pone en marcha el agitador y se regula su velocidad para que sea igual a la que tenía en la prueba de calibrado. Las lecturas se inician pasados tres min y se hacen en intervalos de un min durante cinco min. Estos primeros cinco minutos se llaman de período preliminar. Encender la probeta haciendo pasar una intensidad eléctrica apropiada a través del conductor de encendido. Esta corriente debe ser la misma que la utilizada en la prueba de calibrado. El encendido es el inicio del período principal. Durante este período se toma la temperatura cada 30 s hasta alcanzar la temperatura máxima. Si se utiliza un registro de temperatura éste actuará continuamente. El momento de alcanzar la temperatura máxima marca el fin del período principal y el comienzo del período final. Este último período dura cinco min, durante los cuales la temperatura se debe observar y anotar cada minuto o bien quedar anotada de un modo continuo en el registrador en funcionamiento. Al finalizar este período se debe anotar la temperatura del agua de la envoltura. Se para la bomba, se reduce paulatinamente la presión, se abre la bomba y recoge el residuo con vistas al ensayo de calcinación. Lavar la bomba con agua destilada, verter en un vaso el agua procedente del lavado para su análisis y determinación cuantitativa de los diferentes productos contenidos. Calcular el calor de combustión superior, según lo que se prescribe en 7.6, aplicando las correcciones apropiadas.
7.6 Cálculo de resultados El calor de combustión superior de la probeta estará dado por la siguiente fórmula:
Qsup = 6
4,1868 ⋅ 10 −3
(E
+ W ) (t m − t i + c ) − C , MJ / kg m
NCh1914/2
a) Corrección c Esta corrección se calcula según la fórmula: c = (n - n') v " - n'v', °C b)
Corrección C
Esta corrección C = ∑Cn (n = 1; 2, etc.) debe incluirse, cuando se considere necesario, en los siguientes casos: Primero La cantidad de calor desprendida por la combustión de la sustancia adicional añadida para asegurar la combustión completa es: C1 = ma ⋅ Hoa,
MJ
Segundo La cantidad de calor desprendida por la combustión de los productos utilizados para asegurar el encendido es: C2 = mf ⋅ Hof,
MJ
Tercero Las cantidades de calor desprendidas o absorbidas, por la acción de reacciones químicas que tengan lugar en el momento de la combustión, en una atmósfera de oxígeno a una presión de 2 451,6 kPa, de productos que no se forman entonces por la combustión a la presión atmosférica del aire y la disolución de esos productos en el agua introducida en la bomba. Estas cantidades se determinan por la valoración química de los productos de la disolución del lavado y los datos de los valores conocidos de las cantidades del calor de formación y de disolución de estos productos. NOTA - Cuando los elementos sean otros que el carbono, el hidrógeno o el oxígeno y se les pueda someter a un análisis químico completo, se efectuará éste para determinar las correcciones que hay que aplicar de acuerdo con el párrafo tercero.
7.7 Cantidad de probetas Se considera suficiente realizar el ensayo sobre tres probetas, cuyos resultados no deberán diferir en más de 0,1 67 MJ/kg. Si la diferencia entre dos de estos resultados es mayor que la indicada se deberá repetir el ensayo.
7
NCh1914/2 7.8 Calor de combustión superior El calor de combustión superior se calcula promediando los resultados obtenidos para las tres probetas.
8 Determinación del calor de combustión inferior 8.1 Procedimiento El calor de combustión inferior se determinará a partir del calor de combustión superior y el calor de vaporización, q, del agua condensada en la bomba después de la combustión. 8.1.1 Calor de combustión superior Se obtiene como se indica en 7. 8.1.2 Cantidad de agua condensada La cantidad de agua condensada en la bomba después de la combustión, se determina por ensayos especiales sobre la probeta en polvo, preparada y acondicionada como se indica en 7.3 y 7.4 por medio de un equipo de micro o macro análisis para la dosificación del hidrógeno.
8.2 Cantidad de probetas Los ensayos se efectuarán sobre dos probetas.
8.3 Contenido proporcional de agua condensada El contenido de agua condensada, w, es igual a la media de los dos valores obtenidos.
8.4 Calor de vaporización del agua condensada El calor de vaporización, q, del agua condensada en la bomba después de la combustión, se obtiene por la fórmula: q = 2,449 w [MJ/kg]
8.5 Calor de combustión inferior El calor de combustión inferior es la diferencia entre el calor de combustión superior y el calor de vaporización del agua condensada, q: Qinf = Qsup - q [ MJ/kg ]
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NCh1914/2
9 Informe El informe sobre el ensayo deberá contener los siguientes datos: a)
nombre del laboratorio que realiza el ensayo;
b)
nombre del solicitante;
c)
descripción del material;
d)
nombre del material;
e)
densidad aparente del material;
f)
fecha de recepción del material y fecha del ensayo;
g)
descripción del método utilizado para obtener las probetas y si es pertinente, el método de muestreo estadístico utilizado;
h)
método de ensayo;
i)
referencia a esta norma;
j)
resultados: 1) calor de combustión superior, en MJ/kg Probeta 1 Probeta 2 Probeta 3 Media 2) calor de vaporización del agua condensada, en MJ/kg Probeta 1 Probeta 2 Media 3) calor de combustión inferior. en MJ/kg
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NACIONAL
DE
NCh
NORMALIZACION
1914/2.Of85
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Prevención de incendio en edificios - Ensayo de reacción al fuego - Parte 2: Determinación del calor de combustión de materiales en general Fire safety in buildings – Fire resistance test – Part 2: Determination of combustion heat for all purposes material
Primera edición : 1985 Reimpresión : 1999
Descriptores:
seguridaqd, seguridad contra incendios, prevención de incendio en edificios, ensayos de fuego, determinación del calor, calor de combustión
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