Cono calorimetro: analisi approfondita del comportamento al fuoco dei materiali
Il cono calorimetro è uno strumento essenziale nella misurazione del calore, in quanto consente di acquisire approfondite informazioni sul comportamento termico dei materiali, soprattutto in relazione al fuoco. Questo strumento di misura consente, infatti, di definire una serie di parametri critici che vanno oltre la semplice misurazione della temperatura, permettendo ai laboratori specializzati in attività di ricerca e sviluppo (R&D) e di controllo della Qualità (QC) di comprendere a fondo il reale impatto dei materiali durante episodi di incendio.
Tra i parametri rilevanti si includono
Tasso di rilascio di calore (H.R.R.)
Il tasso di rilascio di calore rappresenta la quantità di calore liberato per unità di tempo durante una reazione di combustione o durante il riscaldamento di un materiale. Viene spesso misurato in unità di potenza, come kilowatt (kW) per metro quadrato (m²). Questo parametro fornisce informazioni cruciali sulla velocità con cui il calore viene emesso durante una reazione termica. È essenziale per comprendere la potenziale pericolosità di un materiale in situazioni di incendio.
Rilascio di fumo
Il rilascio di fumo è la quantità di fumo prodotta durante una combustione o un processo termico. Viene spesso misurato in termini di densità di fumo, espressa in percentuale o in unità specifiche come decimetri cubi per grammo (dm³/g). È un indicatore critico della visibilità in caso di incendio. Elevati livelli di fumo possono complicare le operazioni di evacuazione e influire sulla sicurezza complessiva dell’ambiente.
Tempo di accensione
ll tempo di accensione rappresenta il periodo tra l’inizio del riscaldamento di un materiale e il momento in cui inizia a bruciare o a generare calore in modo significativo. Questo parametro è cruciale per comprendere la reattività iniziale del materiale. Componenti con tempi di accensione più brevi possono presentare rischi maggiori in situazioni di incendio.
Consumo di ossigeno
ll consumo di ossigeno è la quantità di ossigeno richiesta durante una reazione di combustione o un processo termico. Viene spesso misurato in percentuale o in volume specifico come litri di ossigeno per grammo di materiale. Questo parametro può essere correlato all’efficienza della combustione e all’esaurimento dell’ossigeno nell’ambiente.
Sviluppo di monossido di carbonio e anidride carbonica
Il rilascio di gas come CO e CO2 è significativo in quanto può influire sulla qualità dell’aria, rappresentando potenziali rischi per la salute umana in caso di incendio. Il test di prova con il cono calorimetro consente di misurare la quantità di monossido di carbonio (CO) e anidride carbonica (CO2) generate durante la combustione di un materiale.
Tasso di perdita di massa
ll tasso di perdita di massa misura la variazione di massa del materiale nel corso della combustione o del processo termico, fornendo indicazioni sulla sua combustibilità e resistenza alle alte temperature. Viene spesso espresso in percentuale.
Ognuno di questi parametri è fondamentale per una valutazione completa delle caratteristiche di combustione e termiche di un materiale, contribuendo a una migliore comprensione dei potenziali rischi in situazioni di incendio. Lo strumento di misura più accurato nella definizione di tutti valori è il cono calorimetro che negli anni ha trovato ampi consensi grazie ai risultati che possono essere applicati a un’ampia gamma di modelli di incendio di mobili, materiali di rivestimento a parete, cavi elettrici, componenti ferroviarie o marittime.
Cos’è un Cono Calorimetro
Il cono calorimetro è uno strumento di caratterizzazione dei materiali progettato per misurare le variazioni di temperatura in un campione, durante una reazione chimica o un processo fisico.
La sua forma conica favorisce una distribuzione uniforme del calore, garantendo risultati più precisi nelle analisi termiche.
È realizzato con un materiale termicamente isolante, spesso polistirolo o poliuretano, per ridurre al minimo la conduzione del calore attraverso le pareti del calorimetro stesso. Questo aiuta a mantenere il sistema isolato termicamente dall’ambiente circostante, garantendo che il calore generato durante la combustione venga principalmente misurato all’interno del cono. Al suo interno, è presente un recipiente dove viene inserito il campione per la misurazione e un termometro per monitorare le variazioni di temperatura.
La sua denominazione “cono calorimetro” deriva dall’utilizzo iniziale di un riscaldatore conico da parte del Dr. Vytenis Babrauskas. Questo cono, impiegato per esaminare provini con dimensioni di 100mm × 100mm e un flusso fino a 1100kW/m², è stato cruciale nell’evidenziare l’esaurimento dell’ossigeno durante la combustione.
Esperimento con il calorimetro e principali normative di rifermento
Come abbiamo spiegato nell’articolo “Esperimento con il calorimetro e prove di reazione al fuoco” (dove abbiamo anche approfondito le fasi esecutive principali del test), l’esperimento con il calorimetro è una procedura fondamentale per misurare e comprendere le variazioni di calore associate a una reazione chimica o a un processo fisico.
A titolo generale, il test del cono calorimetro si fonda sulla teoria che le calorie prodotte durante una combustione pura sono proporzionali alla quantità di ossigeno necessaria per il processo. In particolare, si genera un valore di 13,1 MJ/kg ogni volta che viene consumato 1 kg di ossigeno. Questa teoria sottolinea l’importanza della misurazione di parametri quali emissione di calore, tempo di ignizione, consumo di ossigeno e la generazione di CO e CO2 durante il test.
Per garantire una valutazione uniforme delle prestazioni dei prodotti finiti, sono stati stabiliti diversi standard internazionali relativi ai test e all’impiego del cono calorimetro. Ecco alcuni esempi specifici di standard associati a diverse categorie di prodotti:
- Per i mobili, si fa riferimento allo standard ASTM E 1474.
- Per i materiali di rivestimento a parete, viene utilizzato lo standard ASTM E 1740.
- Nel caso dei materassi, il riferimento è all’ASTM F 1550.
- Per i cavi elettrici, si applica l’ASTM D6113.
- Per i materiali plastici si utilizza lo standard l’ASTM D5485
- Per i materiali da costruzione si usa l’ASTM E1354
- Per la classificazione delle prestazioni di infiammabilità dei materiali plastici si fa riferimento allo standard statunitense UL 94
- Per i materiali di rivestimento si fa riferimento allo standard internazionale ISO 5661
- Per le applicazioni nel settore ferroviario rotabile, viene seguito il BS 6873.
- Per le applicazioni marittime, vengono considerate le linee guida dell’IMO (International Maritime Organization).
L’EN 13823 è un altro standard ampiamente utilizzato per il test di reazione al fuoco in condizioni reali di incendio (SBI – Single Burning Item test), che prevede l’uso del cono calorimetro.
Al pari dell’ISO 5660 che fornisce direttive specifiche per il test di reazione al fuoco dei materiali sempre grazie l’impiego del cone calorimeter test.
Per un apprendimento di questa normativa rinviamo all’articolo “ISO 5660 e materiali antincendio: una normativa importante per la sicurezza contro gli incendi”
Tutti questi standard internazionali forniscono una base comune per la valutazione delle prestazioni attraverso l’utilizzo del cono calorimetro, garantendo un approccio uniforme e affidabile nella valutazione delle caratteristiche termiche e di resistenza al fuoco di diversi prodotti.
ISO 5660 e materiali antincendio: una normativa importante per la sicurezza contro gli incendi
La normativa ISO 5660 è uno standard internazionale che fornisce riferimenti importanti per l’esecuzione delle analisi termiche dei materiali con il cono calorimetro. L’obiettivo principale di questa normativa è valutare la reazione al fuoco di un materiale, misurando la sua tendenza ad accendersi e la velocità di propagazione della fiamma.
Cono calorimetro: uno strumento di prova indispensabile
Il cono calorimetro si afferma come uno strumento indispensabile per gli studi sulla sicurezza antincendio e l’analisi delle prestazioni termiche dei materiali, offrendo non solo misurazioni precise ma anche una profonda comprensione dei fenomeni termici in situazioni di incendio.
Specializzata nel settore della caratterizzazione dei materiali, AMSE Srl propone il calorimetro a cono prodotto da FESTEC, uno strumento avanzato per misurare le caratteristiche di combustione dei campioni. Dotato di un termoregolatore conico a 5 stadi opzionale, il cono calorimetro presente a catalogo consente la variazione e l’incremento controllato della temperatura, consentendo la creazione di condizioni simili a un incendio reale. L’operatore può facilmente impostare temperatura, velocità e tempo di permanenza tramite il regolatore di temperatura a 5 fasi, consentendo una personalizzazione precisa del test.
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Cono calorimetro
Il cono calorimetro consente di ricavare informazioni sulle proprietà dei materiali e prevederne il loro comportamento al fuoco.
