Author(s): Mendonça, Miguel Lienhard
Date: 2009
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/2559
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Engenharia mecânica; Protecção contra o fogo; Materiais porosos; Transmissão de calor; Transferência de massa
O presente trabalho tem como principal objectivo o estudo e a interpretação dos mecanismos de transferência de calor e massa no interior de um meio poroso húmido actuando como barreira térmica de protecção em condições de incêndio, visando, sobretudo, melhorar o desempenho destes sistemas. A barreira térmica estudada é constituída por camadas de fibra de vidro, cuja face exposta à chama é protegida por uma folha de alumínio perfurada. A realização deste estudo envolveu a concepção, realização e operação de uma montagem experimental, com a qual se obteve a evolução temporal da temperatura e da taxa de evaporação de água no interior de uma amostra da barreira térmica, submetida à acção directa de uma chama. A análise do processo de protecção foi complementada com resultados obtidos por simulação numérica do processo, designadamente a evolução das propriedades térmicas, que determinam os mecanismos de transferência de calor e massa no interior da barreira. Para esse efeito foi desenvolvido um modelo matemático de simulação do processo de protecção para as barreiras em estudo, que permitiu obter resultados que acompanham bem as evoluções verificadas nos ensaios experimentais. A barreira térmica estudada mostrou claramente possuir um bom desempenho no processo de protecção, face às barreiras térmicas secas. Com a realização deste estudo identificaram-se e quantificaram-se os mecanismos de transferência de calor e massa dominantes nas diversas fases do processo de protecção, o que permitiu extrair conclusões valiosas quanto às características dos meios porosos que contribuem para o seu bom desempenho como barreiras térmicas húmidas.
The main objective/purpose of this work is the study and the interpretation of the mechanisms of heat and mass transfer within a porous medium acting as a wet thermal protection barrier in fire situations, with the aim of improving the performance of these systems. The thermal barrier studied is made up of fiberglass layers, whose face which is exposed to the flame is protected by a sheet of punched aluminium foil. This study involved the design, implementation and operation of an experimental assembly, with which the evolutions of temperature and the rate of evaporation of water inside a sample of the thermal barrier, submitted to the direct impact of a flame were obtained. The analysis of the process of protection was complemented with the results obtained by means of numerical simulation, namely concerning the behaviour of the thermal properties, which determine the heat and mass transfer mechanisms inside the barrier. For this purpose, a mathematical model for simulation of the protection of the barriers under study was developed, which led to results that agrees with those obtained experimentally. The wet thermal barrier studied clearly demonstrated that it has good performance rates in fire conditions. The prevailing heat and mass transfer mechanisms, throughout the different stages of the protection process, were identified and quantified. This allowed valuable conclusions to be drawn concerning the characteristics of the porous media that most contribute towards the performance of wet porous medium acting as thermal barriers.
