Comportamento termo-mecânico de portas corta fogo

Abstract

A presente dissertação, realizada em parceria com a empresa HAKEN WELT, LDA, tem como objetivo a melhoria das características técnicas de portas corta-fogo, nomeadamente da porta corta fogo em estudo ainda em desenvolvimento, fabricada e comercializada pela empresa. Este estudo apoia-se na simulação numérica, tendo-se utilizado o Método dos Elementos Finitos (MEF) no programa ANSYS Mechanical. Inicialmente foi realizada uma revisão bibliográfica acerca de portas corta-fogo disponíveis no mercado, bem como das normas existentes no âmbito da resistência ao fogo, tanto no que diz respeito ao ensaio de certificação como da posterior classificação. Por último, foi também feita uma pesquisa acerca de trabalhos já realizados no âmbito das portas corta-fogo, focando a implementação destes estudos no ambiente de simulação numérica. No que concerne ao caso em estudo, foi estudado detalhadamente todo o conjunto porta-aro, tendo sido necessário determinar as propriedades térmicas do Halspan e do fenólico, ambos materiais presentes na porta. Relativamente à simulação numérica, foi necessário determinar a variação do coeficiente de transferência de calor por convecção ao longo do tempo na face não exposta da porta, como também realizar um estudo acerca da influência da resistência de contacto e da condutância no contacto entre a porta e o aro. Quanto às simulações realizadas, foram efetuadas diferentes análises de forma a estudar a influência de determinados parâmetros no comportamento da porta, permitindo assim realizar escolhas no que diz respeito a materiais, geometrias e disposições de elementos. Começando pelo estudo do material do aro, este estudo permitiu descartar o alumínio, comparativamente ao aço inoxidável e à madeira. Selecionado este último material, verificou-se a necessidade de um aro com uma maior espessura e, por isso, mais robusto. Quanto à disposição dos isolamentos no interior do aro e aos materiais a colocar, de entre soluções com resultados bastante próximos, a colocação de fibra de vidro no isolamento central junto à porta demonstrou ser a melhor opção. Por último, direcionando o estudo para a melhoria da porta, constatou-se que aumentando apenas a espessura da porta em 10mm o desempenho desta melhorava largamente, tanto no que diz respeito às temperaturas do aro e da porta, como das deformações dos cantos superior e inferior.

The present dissertation, carried out in partnership with the company HAKEN WELT, LDA, aims at improving the technical characteristics of fire doors, namely the fire door under study under development, manufactured and marketed by the company. This study is based on numerical simulation, using the Finite Element Method (FEM) in ANSYS Mechanical software. Initially, a bibliographic review of the fire doors available in the market was carried out, as well as of the existing standards in the field of fire resistance, both with regard to the certification test and the subsequent classification. Finally, research on previous studies on fire doors was also carried out, focusing on the implementation of these studies in the numerical simulation environment. Regarding the case under study, the entire door-frame assembly was studied in detail, and it was necessary to determine the thermal properties of Halspan and phenolic, both materials present in the door. Regarding the numerical simulation, it was necessary to determine the variation of the convective heat transfer coefficient over time on the unexposed side of the door, as well as to study the influence of contact resistance and conductance on the contact between the door and the frame. As for the simulations performed, different analyses were carried out in order to study the influence of certain parameters on the door behaviour, thus allowing choices to be made regarding materials, geometries and element arrangements. Starting with the study of the frame material, this study allowed to discard aluminium, compared to stainless steel and wood. Having selected the latter material, the need for a frame with a greater thickness and therefore more robust was verified. As for the insulation arrangement inside the frame and the materials to be used, among solutions with very similar results, the use of fibreglass in the central insulation next to the door proved to be the best option. Finally, directing the study towards the improvement of the door, it was found that only increasing the door thickness by 10mm greatly improved its performance, both with regard to the temperatures of the frame and the door, as well as the deformations of the upper and lower corners.