A análise do comportamento do fogo de junção sob o efeito do vento e do declive, nomeadamente a evolução da velocidade de propagação do ponto de interseção de frentes convergentes, foi o propósito da presente dissertação.
Foi feita uma pesquisa sobre o tema, para o enquadrar a nível teórico, e foi explicado o fenómeno do fogo de junção de forma clara e sucinta. Através da definição do problema genérico de duas frentes convergentes, fazendo um ângulo θ0 entre si, foi possível estudar a velocidade de propagação do ponto D (ponto de interseção das frentes).
Para estudar o problema foi necessário realizar diversos ensaios experimentais, sobretudo em ambiente laboratorial. Nesses ensaios, foram utilizados 3 tipos de combustíveis diferentes (caruma, mato e palha) com uma carga de 0.6 kg/m2. O ângulo entre as frentes de fogo foi mantido constante no valor de 30º, por ser o valor verificado no incêndio de Camberra. Os parâmetros que se fizeram variar foram o ângulo de inclinação α (declive), num primeiro grupo de ensaios, e a velocidade do vento noutro grupo. Os valores de α variaram entre os 0 e os 40º, enquanto que a velocidade do vento variou entre os 0 e os 5 m/s.
De referir que os resultados obtidos nos ensaios com declive foram, de forma geral, ao encontro daquilo que se encontra documentado na bibliografia existente. Os ensaios com vento foram realizados pela primeira vez de um modo sistemático no âmbito do presente trabalho. Embora os resultados disponíveis neste momento sejam ainda parcelares – pois terão de ser completados com mais ensaios – permitem estabelecer uma analogia entre o declive e o vento no comportamento dos fogos de junção. Aparentemente, existem algumas diferenças importantes entre o efeito de ambos. No caso dos ensaios com vento, a convecção forçada, associada ao mesmo, parece prevalecer sobre a convecção natural induzida pelo fogo, mesmo para valores relativamente baixos da velocidade do vento. Possivelmente, para valores de Uw = 0.5m/s ou inferiores, poderão ser observados efeitos comparáveis da convecção livre e forçada. Para tal, terão de ser realizados ensaios com medição do campo de velocidades igualmente.
Através dos resultados obtidos foi possível identificar as fases de aceleração e desaceleração típicas deste comportamento do fogo. Constatou -se que a fase de aceleração
O efeito do vento e do declive em fogos de junção
50 2016
está ligada a fenómenos convectivos induzidos pelas próprias chamas. Foi também concluído que a velocidade de propagação de um fogo de junção aumenta com o aumento do declive. A velocidade máxima e o tempo até atingir esse valor também aumentam com o declive.
Em relação ao vento, conclui-se que, com o aumento da sua velocidade, a velocidade máxima de propagação do fogo aumenta e o tempo necessário para queimar todo o combustível diminui.
Por fim, foi feita uma comparação entre o declive e o vento, constatando-se que, apesar de os seus efeitos no comportamento do fogo em geral serem semelhantes, existem algumas diferenças importantes no comportamento dos fogos de junção. Posto isto, é importante realçar que, possivelmente, o número de ensaios efetuados não é suficiente para tirar conclusões realmente sólidas sobre o papel do vento nos fogos de junção, pelo que este deverá ser o principal foco em trabalhos futuros. Ainda assim, considera-se que o trabalho aqui realizado é já um bom ponto de partida.
Pode-se considerar que o trabalho sobre os fogos de junção está ainda numa fase embrionária. Assim sendo, identificam-se aqui alguns pontos que podem ser explorados no futuro:
Estudar outros parâmetros que possam ajudar a compreender cada vez melhor o fenómeno dos fogos de junção, como a inclinação das chamas (tilt), a altura das chamas, etc.;
Realizar mais ensaios com vento, variando parâmetros como a orientação do vento, o ângulo entre as frentes de fogo e o declive;
Melhorar o procedimento experimental (utilização de fios de algodão é pouco conveniente uma vez que é necessário colocá-los após cada ensaio; a utilização de explosivos para acelerar as ignições pode ser aperfeiçoada);
Simular o fenómeno do fogo de junção numericamente;
Realizar testes de frentes lineares com declive para efeitos comparativos, como foi efetuado para o vento;
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Diogo Lopes Rodrigues 51
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. André, J. C. S., Gonçalves, J. C., Vaz, G. C., & Viegas, D. X. (2013). Angular variation of fire rate of spread. International Journal of Wildland Fire, 22(7), 970–979.
2. Bergman, T. L., Lavine, A. S., Incropera, F. P., & DeWitt, D. P. (2011). Fundamentals of Heat and Mass Transfer. US Patent 5,328,671.
3. Boboulos, M., & Purvis, M. R. I. (2009). Wind and slope effects on ROS during the fire propagation in East-Mediterranean pine forest litter. Fire Safety Journal, 44(5), 764–769.
4. Butler, B. W., Anderson, W. R., & Catchpole, E. A. (2007). Influence of Slope on Fire Spread Rate. In USDA Forest Service Proceedings (pp. 75–82).
5. Doogan, M. (2006). The Canberra Firestorm. Inquests and Inquiry into Fou r Deaths and Four Fires between 8 and 18 January 2003. ACT.
6. Ferragut, L., Asensio, I., & Monedero, S. (2004). Modelling slope, wind and moisture content effects on fire spread. In European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS 2004) (pp. 1–11). 7. Finney, M. A., & McAllister, S. S. (2011). A review of fire interactions and mass
fires. Journal of Combustion, 2011.
8. Grumer, J., & Strasser, A. (1965). Uncontrolled fires - Specific burning rates and induced air velocities. Fire Technology, 1(4), 256–268.
9. Huffman, K. G., Welker, J. R., & Sliepcevich, C. M. (1969). Interaction effects of multiple pool fires. Fire Technology, 5(3), 225–232.
10. Kamikawa, D., Weng, W. G., Kagiya, K., Fukuda, Y., Mase, R., & Hasemi, Y. (2005). Experimental study of merged flames from multifire sources in propane and wood crib burners. Combustion and Flame, 142(1-2), 17–23.
11. McRae, R. (2003). The Breath of the Dragon - Observations of the January 2003 ACT Bushfires R.H.D. McRae Emergency Services Bureau, A.C.T., Australia., (January).
12. Morandini, F., Santoni, P. A., & Balbi, J. H. (2001). The contribution of radiant heat transfer to laboratory-scale fire spread under the influences of wind and slope. Fire Safety Journal, 36(6), 519–543.
13. Morandini, F., Silvani, X., Rossi, L., Santoni, P.-A., Simeoni, A., Balbi, J.-H., … Marcelli, T. (2006). Fire spread experiment across Mediterranean shrub: Influence of wind on flame front properties. Fire Safety Journal, 41(3), 229–235. 14. Morvan, D., Hoffman, C., Rego, F., & Mell, W. E. (2009). Numerical Simulation of the Interaction Between Two Fire Fronts in the Context of Suppression Fire Operations. Proceedings of the 8th Symposium on Fire and Forest Meteorology, (October).
O efeito do vento e do declive em fogos de junção
52 2016
15. Raposo, J., Viegas, D. X., Xie, X., Almeida, M., & Naian, L. (2014). Analysis of the jump fire produced by the interaction of two oblique fire fronts: Comparison between laboratory and field cases. Advances in Forest Fire Research, 4(4), 23– 30.
16. Raposo, J. (2016). “Extreme Fire Behaviour Associated with the Merging of Two Linear Fire Fronts”. Tese de Doutoramento em Engenharia Mecânica, Departamento de Engenharia Mecânica, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade de Coimbra, Coimbra.
17. Rothermel, R. C. (1972). A mathematical model for predicting fire spread in wild land fuels. USDA Forest Service Research Paper INT-115.
18. Sharples, J. J., McRae, R. H. D., & Wilkes, S. R. (2012). Wind-terrain effects on the propagation of wildfires in rugged terrain: Fire channelling. International Journal of Wildland Fire, 21(3), 282–296.
19. Sharples, J. J., Towers, I. N., Wheeler, G., Wheeler, V., & Mccoy, J. A. (2013). Modelling fire line merging using plane curvature flow. 20th International Congress on Modelling and Simulation, (December), 256–262.
20. Sharples, J. J., Viegas, D. X., Rossa, C. G., & McRae, R. H. D. (2010). Small-scale observations of atypical fire spread caused by the interaction of wind, terrain and fire. Proceedings of the VI International Conference on Forest Fire Research.
21. Skamarock, W. C., Klemp, J. B., Dudhia, J., Gill, D. O., Barker, D. M., Wang, W., & Powers, J. G. (2005). A description of the advanced research WRF version 2 (No. NCAR/TN-468+ STR). National Center For Atmospheric Research Boulder Co Mesoscale and Microscale Meteorology Div.
22. Sullivan, A. L. (2009a). Wildland surface fire spread modelling, 1990–2007. 1: Physical and quasi-physical models. International Journal of Wildland Fire, 18(4), 349–368.
23. Sullivan, A. L. (2009b). Wildland surface fire spread modelling, 1990–2007. 3: Simulation and mathematical analogue models. International Journal of Wildland Fire.
24. Thomas, C. M., Sharples, J. J., & Evans, J. P. (2015). Pyroconvective interaction of two merged fire lines: curvature effects and dynamic fire spread, 312–318. 25. Viegas, D. X., Rossa, C., & Ribeiro, L. M. (2011). Incêndios Florestais. Lisboa:
Verlag Dashöfer Portugal.
26. Viegas, D. X. (2005). A Mathematical Model For Forest Fires Blowup. Combustion Science and Technology, 177(1), 27–51.
27. Viegas, D. X., Pita, L. P., Matos, L. e Palheiro, P. (2002). Slope and wind effects on fire spread. Int. Forest Fire Research and Wildland Fire Safety, Luso, Coimbra, Viegas (eds). Millpress, Rotterdam.
28. Viegas, D.X., Raposo, J., & Figueiredo, A. (2013). Preliminary analysis of slope and fuel bed effect on jump behavior in forest fires. Procedia Engineering, 62, 1032–1039.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Diogo Lopes Rodrigues 53
29. Viegas, D. X. (1998). Forest fire propagation. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 356(1748), 2907 – 2928.
30. Viegas, D. X. (2004). Slope and wind effects on fire propagation. International Journal of Wildland Fire, 13(2), 143–156.
31. Viegas, D. X. (2006). Parametric study of an eruptive fire behaviour model. International Journal of Wildland Fire, 15(2), 169–177.
32. Viegas, D. X., Raposo, J. R., Davim, D. A., & Rossa, C. G. (2012a). Study of the jump fire produced by the interaction of two oblique fire fronts. Part 1. Analytical model and validation with no-slope laboratory experiments. International Journal of Wildland Fire, 21(7), 843–856.
33. Viegas, D. X., Almeida, M., Raposo, J., & Davim, D. (2012b). Experimental forest fire research. In 15th International Conference on Experimental Mechanics (Vol. 3128, pp. 1–11).
34. Wagner, C. E. van. (1988). Effect of slope on fires spreading downhill. Canadian Journal of Forest Research, 18(6), 818–820.
35. Wang, C., Guo, J., Ding, Y., Wen, J., & Lu, S. (2015). Burning rate of merged pool fire on the hollow square tray. Journal of Hazardous Materials, 290, 78–86. 36. Weise, D. R., & Biging, G. S. (1994). Effects of Wind Velocity and Slope on Fire
Behavior. Fire Safety Science, 4, 1041–1051.
37. Weise, D. R., & Biging, G. S. (1996). Effects of wind velocity and slope on flame properties. Canadian Journal of Forest Research, 26, 1849–1858.