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Characterization and modelling of self-sustaining smoldering of wood industrial products

Caracterización y modelización de la combustión latente autosustentada de productos industriales de madera
 
: Guindos, P.; Patel, A.; Kolb, T.

:
Fulltext ()

Universidad Nacional Noreste, Buenos Aires>:
CLEM+CIMAD 2017, Il Latin American Conference on Timber Structures. Il Ibero-American Conference on Construction : Junín, May 17-19, 2017
Buenos Aires: UNNOBA, 2017
10 pp.
Latin American Conference on Timber Structures <2017, Buenos Aires>
Ibero-American Conference on Construction <2017, Buenos Aires>
English
Conference Paper, Electronic Publication
Fraunhofer WKI ()
smoldering; finite volume method; computational fluid dynamics; cone calorimeter; wood fiber panel; fire retardant

Abstract
Multiple wood industrial products such as wood-fiber insulation boards are susceptible to smolder. This special type of slow and flameless thermal degradation is very dangerous because it can easily go unnoticed until catastrophic damages are produced. For this reason, the utilization of wood-based insulation materials, which is much more environmentally-sustainable than classical polymeric-based insulations, is not permitted beyond mid-rise buildings in many countries worldwide. The objective of this investigation was to characterize such a smoldering combustion and create a theoretical model that can predict this phenomenon. The experimental characterization involved a suite of experimental methods such as thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and cone calorimeter tests. The core of the numerical model entailed 6 governing equations describing the heat, the mass, the linear momentum and the species conservation of the wood panel that were solved via Finite Volume Method (FVM). The model could successfully simulate a 25-minute cone calorimeter experiment without any external radiation. To the best knowledge of the authors, this is the first model that can simulate the self-sustaining smoldering of wood industrial products, so it is expected to contribute on the development of future fire retardant compounds of timber structures.

 

Múltiples productos industriales de madera tales como paneles aislantes de fibras de madera son susceptibles de sufrir combustión latente. Este es un tipo especial de degradación térmica que se caracteriza por ser muy lento y carecer de llama, lo cual lo convierte en un fenómeno peligroso pues puede pasar fácilmente desapercibido hasta que se producen daños catastróficos. Por esta razón, la utilización de materiales aislantes derivados de la madera y afines no está permitida en edificios de cierta altura en muchos países del mundo. El objetivo de esta investigación fue el de caracterizar dicha combustión latente, y crear un modelo teórico que pudiese predecir este fenómeno. La caracterización experimental comprendió una serie de métodos tales como análisis termogravimétrico (TGA), escaneado por calorimetría diferencial (DSC) y ensayos en cono calorimétrico. El núcleo del modelo numérico se compone de 6 ecuaciones de gobierno que describen la conservación de calor, masa, momento linear y especies la cuales fueros resueltas via método de los volúmenes finitos (FVM). El modelo pudo similar satisfactoriamente 25 minutos de un experiment de cono calorimétrico sin radiación externa. Según el conocimiento de los autores, esta es la primera vez que se puede similar lacombustión latente autosustentada de un producto industrial de la madera y por tanto se espera que pueda contribuir al desarrollo de futuros compuestos retardantes para estructuras de madera.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-461816.html