Calculo de vidrio para fuego: precisión y seguridad en protección contra incendios

El cálculo de vidrio para fuego es esencial para garantizar la resistencia térmica y estructural en edificaciones. Este proceso determina el tipo y espesor del vidrio necesario para cumplir normativas de seguridad contra incendios.

En este artículo, encontrará tablas detalladas, fórmulas técnicas y ejemplos prácticos para realizar un cálculo preciso y confiable. Además, se explican variables clave y casos reales de aplicación.

Calculadora con inteligencia artificial (IA) para Calculo de vidrio para fuego

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Calcular espesor de vidrio resistente al fuego para una ventana de 1.5 m² con resistencia de 60 minutos.
Determinar tipo de vidrio para puerta cortafuego con clasificación EI 90 y dimensiones 2 m x 0.8 m.
Evaluar resistencia térmica de vidrio laminado para fachada con exposición directa a llama durante 30 minutos.
Calcular coeficiente de transmisión térmica para vidrio templado con resistencia al fuego de 45 minutos.

Tablas de valores comunes para el cálculo de vidrio para fuego

Tipo de vidrio	Espesor (mm)	Clasificación EI (minutos)	Resistencia térmica (m²·K/W)	Coeficiente de transmisión térmica U (W/m²·K)	Aplicación típica
Vidrio templado resistente al fuego	6 – 12	30 – 60	0.15 – 0.25	4.0 – 5.5	Puertas cortafuego, ventanas interiores
Vidrio laminado con intercalario intumescente	10 – 20	60 – 90	0.20 – 0.35	3.5 – 4.5	Fachadas, mamparas resistentes al fuego
Vidrio cerámico resistente al fuego	4 – 8	90 – 120	0.10 – 0.18	3.0 – 4.0	Ventanas de alta resistencia térmica
Vidrio aislante con cámara de aire resistente al fuego	12 – 24	60 – 120	0.25 – 0.40	2.5 – 3.5	Fachadas y cerramientos exteriores
Vidrio intumescente multicapa	15 – 30	90 – 180	0.30 – 0.50	2.0 – 3.0	Puertas y ventanas de alta seguridad

Fórmulas fundamentales para el cálculo de vidrio para fuego

El cálculo de vidrio para fuego se basa en determinar la resistencia térmica y estructural del vidrio bajo condiciones de incendio. A continuación, se presentan las fórmulas más relevantes, explicando cada variable y sus valores comunes.

1. Cálculo del espesor mínimo requerido (e)

El espesor mínimo del vidrio para resistir el fuego se puede estimar mediante la fórmula:

e = k × √t

e: espesor mínimo del vidrio (mm)
k: coeficiente empírico según tipo de vidrio (mm/min^0.5)
t: tiempo de resistencia al fuego requerido (minutos)

Valores típicos de k:

Vidrio templado: 1.2 – 1.5
Vidrio laminado con intercalario intumescente: 1.5 – 1.8
Vidrio cerámico: 0.9 – 1.1

Esta fórmula es una aproximación basada en ensayos y normativas como la EN 13501-2 y ASTM E119.

2. Resistencia térmica (R) del vidrio

La resistencia térmica indica la capacidad del vidrio para limitar la transferencia de calor y se calcula como:

R = e / λ

R: resistencia térmica (m²·K/W)
e: espesor del vidrio (m)
λ: conductividad térmica del vidrio (W/m·K)

Valores comunes de λ para vidrios resistentes al fuego:

Vidrio templado: 1.0 – 1.2 W/m·K
Vidrio laminado: 0.9 – 1.1 W/m·K
Vidrio cerámico: 0.7 – 0.9 W/m·K

3. Coeficiente de transmisión térmica (U)

El coeficiente U representa la cantidad de calor que atraviesa el vidrio por unidad de área y diferencia de temperatura:

U = 1 / R

U: coeficiente de transmisión térmica (W/m²·K)
R: resistencia térmica (m²·K/W)

Un valor bajo de U indica mejor aislamiento térmico, fundamental para vidrios cortafuego.

4. Cálculo de la carga térmica máxima soportada (Q)

Para evaluar la capacidad del vidrio de soportar la carga térmica durante un incendio, se utiliza:

Q = h × A × ΔT

Q: carga térmica (W)
h: coeficiente de transferencia de calor convectivo y radiativo (W/m²·K)
A: área del vidrio (m²)
ΔT: diferencia de temperatura entre el lado expuesto y el protegido (K)

Valores típicos de h en incendios: 25 – 50 W/m²·K, dependiendo de la intensidad del fuego.

5. Cálculo de la tensión térmica máxima (σ)

La tensión térmica inducida en el vidrio durante un incendio puede calcularse con:

σ = E × α × ΔT

σ: tensión térmica (Pa)
E: módulo de elasticidad del vidrio (Pa)
α: coeficiente de expansión térmica (1/K)
ΔT: diferencia de temperatura (K)

Valores comunes:

E: 70 GPa (vidrio templado)
α: 9 × 10^-6 1/K

Este cálculo es crucial para evitar fracturas térmicas durante la exposición al fuego.

Ejemplos prácticos de cálculo de vidrio para fuego

Ejemplo 1: Cálculo de espesor para ventana cortafuego EI 60

Se requiere determinar el espesor mínimo de un vidrio laminado con intercalario intumescente para una ventana de 1.2 m x 1.0 m, con resistencia al fuego de 60 minutos.

Datos:

Tiempo de resistencia, t = 60 min
Coeficiente k para vidrio laminado = 1.6 mm/min^0.5

Aplicando la fórmula:

e = k × √t = 1.6 × √60 ≈ 1.6 × 7.75 = 12.4 mm

Por lo tanto, el espesor mínimo requerido es aproximadamente 12.4 mm. Se selecciona un vidrio laminado de 15 mm para garantizar un margen de seguridad.

Verificación de resistencia térmica:

Espesor e = 0.015 m
Conductividad térmica λ = 1.0 W/m·K

R = e / λ = 0.015 / 1.0 = 0.015 m²·K/W

Este valor indica una resistencia térmica adecuada para la aplicación, considerando además el intercalario intumescente que mejora la protección.

Ejemplo 2: Evaluación de tensión térmica en vidrio templado para puerta cortafuego EI 90

Se analiza una puerta con vidrio templado de 10 mm de espesor, expuesta a un incendio con diferencia de temperatura estimada en 600 K.

Datos:

Módulo de elasticidad, E = 70 GPa = 70 × 10⁹ Pa
Coeficiente de expansión térmica, α = 9 × 10^-6 1/K
ΔT = 600 K

Cálculo de tensión térmica:

σ = E × α × ΔT = 70 × 10⁹ × 9 × 10⁻⁶ × 600 = 378 × 10⁶ Pa = 378 MPa

El vidrio templado tiene una resistencia a la tensión aproximada de 120 MPa, por lo que la tensión calculada excede la capacidad del vidrio, indicando que el vidrio de 10 mm no es adecuado para esta condición.

Se recomienda aumentar el espesor o utilizar vidrio laminado con intercalario intumescente para mejorar la resistencia térmica y estructural.

Normativas y referencias para el cálculo de vidrio para fuego

Consideraciones adicionales para el cálculo de vidrio para fuego

Además de los cálculos técnicos, es fundamental considerar aspectos prácticos y normativos para garantizar la seguridad y funcionalidad del vidrio resistente al fuego:

Compatibilidad con marcos y sellados: El vidrio debe integrarse con sistemas que mantengan la estanqueidad y resistencia al fuego.
Condiciones de instalación: La correcta fijación y soporte del vidrio evita fallas estructurales durante incendios.
Ensayos certificados: Utilizar vidrios con certificación según normas internacionales garantiza el cumplimiento de los requisitos.
Mantenimiento y revisión periódica: La integridad del vidrio y sus componentes debe verificarse regularmente para asegurar su desempeño.

El cálculo de vidrio para fuego es un proceso multidisciplinario que involucra ingeniería térmica, mecánica y normativa. La precisión en los cálculos y la selección adecuada de materiales son clave para proteger vidas y bienes.