Desenvolvimento de um sistema gerador de vórtices verticais de fogo

Abstract

Durante um incêndio florestal poder-se-á observar, em determinadas circunstâncias, a formação de vórtices de fogo, sendo difícil de prever a sua evolução, e, ainda, devido à elevada energia contida nestes se tornar um grande perigo para os combatentes. O presente trabalho tem como objetivo o estudo da formação de vórtices de fogo de eixo vertical em incêndios florestais, nomeadamente o desenvolvimento de uma metodologia de ensaio para analisar as condições de formação desses vórtices e as suas características físicas e termodinâmicas, entre elas, taxas de combustão, energias libertadas, alturas de chama e diâmetros de chama. Apesar do fenómeno já ter sido alvo de vários estudos experimentais, todos eles tiveram como base o uso de combustíveis líquidos e gasosos, sendo que os utilizados no presente trabalho foram combustíveis florestais, comuns nas florestas portuguesas, o que nos permite uma maior aproximação à realidade. Os combustíveis florestais utilizados foram Pinus pinaster (caruma), Avena sativa (palha) e mato composto maioritariamente por duas espécies, Erica australis (urze) e Pterospartum tridentatum (carqueja). Como projeto adicional, foi conceptualizado e desenvolvido um mecanismo resistente a altas temperaturas, com o intuito de medir a velocidade rotacional gerada pelo vórtice de fogo. Uma metodologia experimental foi criada e foram executadas as alterações necessárias para observação e estudo de um vórtice de fogo. Verificou-se que em circunstâncias de vorticidade, as características inerentes à formação de vórtices de fogo são bastante intensificadas em relação a situações onde não se observa a sua formação.

During a forest fire it will be possible to observe, in certain circumstances, the formation of fire whirls, making it difficult to predict its evolution, and, also due to the high energy contained in them, these pose a great danger to firefighters. The present work aims to study the formation of fire whirls with vertical axis on wildfires, including the development of a testing methodology to analyse the conditions of formation of these vortices and their physical and thermodynamic characteristics, including combustion rates, energy released, speed and temperatures. Although this phenomenon has already been the subject of several experimental studies, all of them were based on the use of fossil fuels, and those used in this study were forest fuels, common in Portuguese forests, allowing us to develop this work in a close to reality scenario . The used forest fuels were Pinus pinaster (pine needles), Avena sativa (straw) and scrub composed mainly of two species, Erica australis (heather) and Pterospartum tridentatum (gorse). As an additional project, a high temperature resistant mechanism was conceptualized and developed, in order to measure the rotational speed of the vortex generated by the fire. An experimental methodology was created, and necessary changes were made for the observation and study of a fire whirl. It was found that when a vortex occurs, vortex characteristics inherent to the fire vortex formation are fairly enhanced in comparison to situations where there is no vortex formation.