Publicação

Modelação da nuvem de retardante químico: optimização no combate aos fogos florestais

Detalhes bibliográficos
Resumo:	O número de fogos e a área ardida em Portugal têm aumentado nos últimos anos. As causas para este facto são diversas. Importa, pois, conhecê-las para as poder eliminar. Esta filosofia preventiva encontra-se hierarquicamente acima de uma atitude remediativa como o combate aos incêndios florestais. Contudo, não existindo uma eficiência plena na prevenção, deve o Estado munir-se das ferramentas necessárias para um combate eficaz deste problema que surge todos os verões. Os meios aéreos são um exemplo por excelência de eficácia, uma vez que possibilitam a descarga de milhares de litros de água ou retardantes químicos sobre, ou a jusante, da frente de fogo. A sua velocidade, aliada à possibilidade em aceder mesmo a sítios remotos para meios terrestres, torna-os ainda mais valiosos nos meses quentes. Porém, a sua eficácia encontra-se associada à construção de uma linha contínua de retardante, com a largura e concentração adequada. Caso tal não se verifique, estar-se-á a desperdiçar em parte, esta ferramenta. Ainda hoje não se conhece toda a física da nuvem, especialmente a atomização/deformação e dispersão da mesma na atmosfera, pelo que a forma de aplicar o retardante não está optimizada. Exceptuando o sistema MAFFS, a aplicação de retardantes químicos ou água faz-se pela abertura do aerotanque, ficando o líquido sujeito à acção da gravidade. Ao sair do tanque, as forças aerodinâmicas atomizam o fluido, formando gotas milimétricas ou menores. Estas gotas, por sua vez, vão cair até atingirem o solo ou a vegetação. Durante este percurso, a nuvem de gotas é dispersada, sofre ainda evaporação e, em menor extensão, troca de calor com o ar atmosférico. Importa referir que são diversas as variáveis operacionais que condicionam a mancha de retardante no solo. Dentro destas, as mais influentes são (1) a velocidade de voo (2) altura de voo, (3) caudal de saída de retardante, (4) direcção de voo e (5) propriedades físicas do retardante, nomeadamente viscosidade e elasticidade. Estas variáveis devem ser ajustadas de forma a optimizar a descarga de retardante numa situação concreta, interessando analisar a mancha necessária para parar ou diminuir a frente de fogo e variáveis ambientais como o vento, temperatura e humidade atmosférica. De forma a integrar o efeito de todas as variáveis, foram realizadas simulações que utilizam estes parâmetros operacionais como inputs. Foram usados dois modelos distintos - RAM e FLUENT - com propósitos e alcances diferentes. O trabalho desenvolvido permitiu concluir acerca da aplicabilidade de códigos CFDs para modelar a nuvem de retardante. Estas simulações descrevem várias propriedades associadas à nuvem, nomeadamente (i) campo de velocidades, (ii) turbulência, (iii) humidade, (iv) temperatura, (v) densidade, (vi) trajectória das gotas de retardante e (vii) pressão. As simulações comprovam que os aerotanques mais modernos, que controlam e debitam um caudal constante, são mais eficientes, por produzirem uma mancha igualmente mais uniforme segundo a sua longitudinal. O MAFFS é um sistema especial que possui esta mesma vantagem, existindo ainda outros exemplos comerciais com libertação gravítica do fluido. Os sistemas mais recentes são, contudo, mais caros e de utilização limitada na Europa. As simulações efectuadas permitem inferir acerca do efeito das principais variáveis operacionais: • No que se refere à altura de voo, verifica-se uma correlação directa com o aumento da dispersão transversal e uma consequente diminuição das concentrações de retardante. Para largadas a alturas inferiores a 30 metros, existem riscos acrescidos de o fluído atingir o solo antes de ser completamente atomizado, pondo em perigo vidas e bens em terra. Este valor mínimo de segurança deve ser ajustado tendo em conta o caudal, a viscosidade e a elasticidade do retardante, bem como o aerotanque em causa; • A trajectória de voo é definida pela posição e orientação da mancha de retardante necessárias a jusante da frente de fogo. Contudo, o ângulo entre a trajectória do avião e a direcção do vento atmosférico condiciona a dispersão da nuvem, especialmente das gotas mais finas; • A variável mais influente na mancha de retardante é dada pelo cociente entre o caudal de retardante à saída do aerotanque e a velocidade do avião, ou seja, a quantidade de líquido debitado por unidade de tempo e de espaço linear percorrido pelo avião; • As propriedades físicas do fluido influenciam directamente o comportamento da nuvem. A atomização do líquido é inversamente proporcional à visco-elasticidade do retardante, o que afecta a distribuição granulométrica das gotas. A fase final do revestimento do combustível é dependente da visco-elasticidade e também da tensão superficial do retardante; • Diversos outros parâmetros operacionais influenciam o comportamento da nuvem e, portanto, a mancha de retardante, como as condições atmosféricas (vento, humidade e temperatura) e a proximidade à frente de fogo; A título conclusivo, sugerem-se aerotanques que debitem um caudal constante, apontam-se os cuidados a ter com a altura da largada e alerta-se para a necessidade de ajustar as propriedades físicas do fluido às circunstâncias do incêndio em questão. Não se tendo esgotado o presente estudo, recomenda-se a sua continuação ao nível da simulação e da aferição dos modelos através de ensaios à escala real.
Autores principais:	Tomé, Mário Jorge Costa
Assunto:	Ciências do ambiente Retardantes químicos Fogos florestais
Ano:	2004
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Aveiro
Idioma:	português
Origem:	RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro

Descrição
Resumo:	O número de fogos e a área ardida em Portugal têm aumentado nos últimos anos. As causas para este facto são diversas. Importa, pois, conhecê-las para as poder eliminar. Esta filosofia preventiva encontra-se hierarquicamente acima de uma atitude remediativa como o combate aos incêndios florestais. Contudo, não existindo uma eficiência plena na prevenção, deve o Estado munir-se das ferramentas necessárias para um combate eficaz deste problema que surge todos os verões. Os meios aéreos são um exemplo por excelência de eficácia, uma vez que possibilitam a descarga de milhares de litros de água ou retardantes químicos sobre, ou a jusante, da frente de fogo. A sua velocidade, aliada à possibilidade em aceder mesmo a sítios remotos para meios terrestres, torna-os ainda mais valiosos nos meses quentes. Porém, a sua eficácia encontra-se associada à construção de uma linha contínua de retardante, com a largura e concentração adequada. Caso tal não se verifique, estar-se-á a desperdiçar em parte, esta ferramenta. Ainda hoje não se conhece toda a física da nuvem, especialmente a atomização/deformação e dispersão da mesma na atmosfera, pelo que a forma de aplicar o retardante não está optimizada. Exceptuando o sistema MAFFS, a aplicação de retardantes químicos ou água faz-se pela abertura do aerotanque, ficando o líquido sujeito à acção da gravidade. Ao sair do tanque, as forças aerodinâmicas atomizam o fluido, formando gotas milimétricas ou menores. Estas gotas, por sua vez, vão cair até atingirem o solo ou a vegetação. Durante este percurso, a nuvem de gotas é dispersada, sofre ainda evaporação e, em menor extensão, troca de calor com o ar atmosférico. Importa referir que são diversas as variáveis operacionais que condicionam a mancha de retardante no solo. Dentro destas, as mais influentes são (1) a velocidade de voo (2) altura de voo, (3) caudal de saída de retardante, (4) direcção de voo e (5) propriedades físicas do retardante, nomeadamente viscosidade e elasticidade. Estas variáveis devem ser ajustadas de forma a optimizar a descarga de retardante numa situação concreta, interessando analisar a mancha necessária para parar ou diminuir a frente de fogo e variáveis ambientais como o vento, temperatura e humidade atmosférica. De forma a integrar o efeito de todas as variáveis, foram realizadas simulações que utilizam estes parâmetros operacionais como inputs. Foram usados dois modelos distintos - RAM e FLUENT - com propósitos e alcances diferentes. O trabalho desenvolvido permitiu concluir acerca da aplicabilidade de códigos CFDs para modelar a nuvem de retardante. Estas simulações descrevem várias propriedades associadas à nuvem, nomeadamente (i) campo de velocidades, (ii) turbulência, (iii) humidade, (iv) temperatura, (v) densidade, (vi) trajectória das gotas de retardante e (vii) pressão. As simulações comprovam que os aerotanques mais modernos, que controlam e debitam um caudal constante, são mais eficientes, por produzirem uma mancha igualmente mais uniforme segundo a sua longitudinal. O MAFFS é um sistema especial que possui esta mesma vantagem, existindo ainda outros exemplos comerciais com libertação gravítica do fluido. Os sistemas mais recentes são, contudo, mais caros e de utilização limitada na Europa. As simulações efectuadas permitem inferir acerca do efeito das principais variáveis operacionais: • No que se refere à altura de voo, verifica-se uma correlação directa com o aumento da dispersão transversal e uma consequente diminuição das concentrações de retardante. Para largadas a alturas inferiores a 30 metros, existem riscos acrescidos de o fluído atingir o solo antes de ser completamente atomizado, pondo em perigo vidas e bens em terra. Este valor mínimo de segurança deve ser ajustado tendo em conta o caudal, a viscosidade e a elasticidade do retardante, bem como o aerotanque em causa; • A trajectória de voo é definida pela posição e orientação da mancha de retardante necessárias a jusante da frente de fogo. Contudo, o ângulo entre a trajectória do avião e a direcção do vento atmosférico condiciona a dispersão da nuvem, especialmente das gotas mais finas; • A variável mais influente na mancha de retardante é dada pelo cociente entre o caudal de retardante à saída do aerotanque e a velocidade do avião, ou seja, a quantidade de líquido debitado por unidade de tempo e de espaço linear percorrido pelo avião; • As propriedades físicas do fluido influenciam directamente o comportamento da nuvem. A atomização do líquido é inversamente proporcional à visco-elasticidade do retardante, o que afecta a distribuição granulométrica das gotas. A fase final do revestimento do combustível é dependente da visco-elasticidade e também da tensão superficial do retardante; • Diversos outros parâmetros operacionais influenciam o comportamento da nuvem e, portanto, a mancha de retardante, como as condições atmosféricas (vento, humidade e temperatura) e a proximidade à frente de fogo; A título conclusivo, sugerem-se aerotanques que debitem um caudal constante, apontam-se os cuidados a ter com a altura da largada e alerta-se para a necessidade de ajustar as propriedades físicas do fluido às circunstâncias do incêndio em questão. Não se tendo esgotado o presente estudo, recomenda-se a sua continuação ao nível da simulação e da aferição dos modelos através de ensaios à escala real.