Ignição de Combustíveis Florestais por Partículas com Elevada Temperatura

21/5/2008

Mário António Fonseca Loureiro

Orientadores: Professor Doutor Domingos Xavier Viegas Professor Doutor António Rui A. Figueiredo

Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra

Departamento de Engenharia Mecânica

Estrutura

• Introdução

• Metodologia

• Resultados e discussão

• Conclusões

2/66

Introdução

• Há muitos incêndios em Portugal

• Alguns desses incêndios são causados acidentalmente pelo uso de maquinas

• Estudamos as condições de ignição de combustíveis florestais por partículas com elevada temperatura

3/66

Ocorrências de incêndios florestais em Portugal

0

4.000

8.000

12.000

16.000

20.000

24.000

28.000

32.000

36.000

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006

Nº de

Incê

ndios

Fonte: DGRF15/10/20074/66

Área ardida total.

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006

Área

(ha)

Fonte: DGRF15/10/20075/66

Distribuição da área ardida por espécies

Fonte – DGF (2002)6/66

Comportamento extremo do fogo

Fonte - http://sic.sapo.pt

Perto da meia-noite de 22/8/2005, Joel Vale, captou a imagem 1.2 de Coimbra.

7/66

Causas dos incêndios

Causas de incêndios entre 2000 a 2006 Fonte DGRF Janeiro de 2007

8/66

Ignições causadas de forma acidental

Fonte - Resumo Técnico da Determinação das causas dos incêndios florestais em 2002, elaborado pelo Corpo Nacional da Guarda Florestal

9/66

incêndios provocados por viaturas

ano 1986 1990 1992 1994 1994 1995 1996 1996 1996nº de focos por ocorrência 11 7 4 5 1 1 4 4 6marca e modelo do veículo ? 78 Ford SU ? ? Dolphin 91 Ford PU ? ? 92GMC van

dist. entre o 1º e último foco m 66 400 16000 122 - - 8200 91 251dist. da origem à estrada m 2,4 0,6 a 10,7 0,8 a 1,2 2,4 1,5 1,8 4,6 0,3 a 0,9

Fonte - Industrial Operations Fire Prevention Field Guide, página 140

Os incêndios originados pela libertação de partículas incandescentes de viaturas, provocam geralmente múltiplos focos. O máximo de focos por incêndio nesta tabela foi de 11 e a distancia entre o primeiro e o último foco foi de cerca de 16 km; também a distância máxima do ponto de ignição à linha da estrada foi de cerca de 11 m.

10/66

Pneu de camião ao desfazer-se provoca incêndio

A1 km 168 sentido N-S, Julho de 2004

11/66

Calços de comboio

Fonte - Railroad Fire Prevention Field Guide, (1999), Department of Forestry and Fire Protection, US. 12/66

Auto-limpeza do escape

Fonte - Spark Arresters and the Prevention of Wildland Fires,

video NFES 2237 (1998) 14/66

Comboio com retenção de fagulhas “spark arrester”

www.lvrrmodeler.net 15/66

Colector de partículas em comboio

Fonte - Railroad Fire Prevention Field Guide, 199916/66

Escape de locomotiva

Esta imagem mostra uma grande quantidade de fuligem acumulada. Esta fuligem contém muito óleo, além de gasóleo mal queimado, denominado Particulate. Quando esta fuligem se liberta em combustão ela poderá originar vários focos de incêndio ao longo da linha, incêndios que poderão ser difíceis de combater se originarem extensas frentes.

17/66

Vegetação inadequada

A92 ao km 70, sentido Granada-Sevilha,16/8/2005

A quantidade de ocorrências durante o verão de 2005 nesta via foi de tal modo tão elevada, que houve uma ocorrência em média por cada 3km.

18/66

Partículas em combustão originam focos secundários

Fonte - Chisholm, DogRib, and Lost Creek FiresPost-Fire Research Workshop 27/4/2005

19/66

Partículas redondas

Manzello, Samuel L (2006)

Partícula depositada, disco de 25mm de diâmetro

20/66

Gerador de partículas em combustão

A ignição das partículas em combustão é feita por queimadores de propano. Manzello, Samuel L (2007)

21/66

Ensaios com partículas

Manzello, Samuel L (2007)22/66

Secagem dos combustíveis

O aquecimento solar dos combustíveis florestais faz aumentar a pressão parcial do vapor de água, tornando-a superior à do vapor presente na atmosfera envolvente. Esta diferença de pressões provoca a passagem de vapor para o ar perdendo progressivamente água até que se atinja um estado de equilíbrio, sendo normal o teor ser inferior a 5%.

Imagem de caruma (Lousã) exposta ao sol captada pelo Engº Luís Paulo no dia 20/9/2005, pelas 12h09.

O ponto sp1 encontra-se a 57.9ºC

23/66

Metodologia• Combustíveis• Partículas• Método de aquecimento• Medição da temperatura

24/66

• Combustíveis– Caruma– Feno– Eucalipto

25/66

26/66

Distribuição da área ocupada por espécies florestais

Fonte - Educação para a Cidadania (2006), Ministério da Educação 27/66

• Partículas– Troços de borracha e de calços – Esferas metálicas

28/66

Amostras de calço de comboio

Amostras de ensaios iniciais

Amostras de ensaios finais

29/66

Esferas utilizadas

30/66

• Método de aquecimento– Resistência eléctrica (disco cerâmico do epiradiador)– Metal fundido– Chama de gás

31/66

Metodologia - Partículas aquecidas - esferas Aquecimento por imersão em metal líquido

32/66

Aquecimento a propano

33/66

• Medição da temperatura– Câmara infra-vermelho– Termopar

34/66

Medição da temperatura por infra-vermelhos

35/66

13/6/2005

36/66

Aquisição de temperatura por IR inadequada

- Ensaio nº164 com esfera de 14,3mm 37/66

Aquisição de temperatura por termopar

38/66

Pormenor da junção

Aquecimento da esfera de 37mm39/66

Sistema de aquisição inicial por multímetro

14/7/2005

40/66

Aquisição de temperatura por interface PICO TC08

19/9/2005 41/66

42/66

Panorama da metodologia utilizada

Ensaios com partículas do corte abrasivo

9/11/2005

43/66

Ensaios com fuligem projectada por explosão

21/10/2005

44/66

Resultados e Discussão

• Inflamabilidade de partículas– Calços de comboio e partículas de borracha

• Ignição de leitos por Esferas de aço

45/66

Ensaios de inflamabilidade de partículas de borracha

y = 21,331x + 5,3083

R2 = 0,1255

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3peso da amostra (g)

tem

po d

e ig

niçã

o (s

)

Experiências realizadas a 600ºC no epiradiador com chama piloto acesa e ventilação ligada

46/66

Ensaios de inflamabilidade de partículas de calços de travões de

comboios (modelo antigo de 32cm)

y = 6,2354x + 23,628

R2 = 0,055

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1peso da amostra (g)

tem

po

de

ign

içã

o (

s)

Experiências realizadas a 600ºC no epiradiador com chama piloto acesa e ventilação ligada

47/66

Ensaios de inflamabilidade de partículas de calços de travões de comboios (modelo moderno de 32cm)

y = 22,146x + 11,46

R2 = 0,2076

0

10

20

30

40

50

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1peso da amostra (g)

tem

po

de

ign

içã

o(s

)

Experiências realizadas a 600ºC no epiradiador com chama piloto acesa e ventilação ligada

48/66

Ensaios de ignição de combustíveis por esferas

Inflamabilidade do feno com cerca de 10% de teor de humidade

0

1

900 910 920 930 940 950 960 970 980temperatura

ign

içã

o

Ensaios de ignição com esfera de 14,3mm em feno a 9,9%humidade

Quantidade de ensaios total - 24Condições ambientais: Humidade máxima do ar 50%; Humidade

mínima do ar 45%Temperatura mínima do ar 29ºC; Temperatura máxima do ar 30ºC

G4.2.2

49/66

Resultados com registo do temperatura/tempo de ignição

Tig(ºC) tig(s) Análise do tempo de ignição 924 0,3 Desvio-padrão 0,59 936 0,3 Erro-padrão 0,24 946 1 Máximo 1,8 972 1,8 Média 0,72 973 0,5 Mediana 0,45 980 0,4 Mínimo 0,3

955,2 média Moda 0,30 Variância da amostra 0,35

T4.2.2 - Tempo de ignição com esfera de 14,3mm em feno a 9,9%humidade

50/66

A B C D E F1 G1 F2 G2 H I J t min t máx. hum. diam massa Tmin hr máx Tmáx hr min nº larg tig

c/ig s/ig esp. esfera esfera atm atm atm atm exp. B-A médio

ºC ºC % (mm) (g) ºC % ºC % Qt. ºC (s) 993 1059 8,3 9 3 26 60 30 42 28 66 0,37 924 953 9,9 14,3 11,88 29 50 30 45 24 29 0,72 748 808 6,45 20,2 33,33 25 60 27 48 23 60 0,49

Por cada tipo de combustível fizeram-se três séries de ensaios, um por esfera.

T4.2.4 Resultados de inflamabilidade com esferas em feno com cerca de 10% de humidade

51/66

G4.2.4 Inflamabilidade do feno cerca de 10% de humidade

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34Massa da esfera (g)

Te

mp

era

tura

da

es

fera

ºC inflamabilidade=B

inflamabilidade=A

Com os resultados obtidos das três séries de experiências, valores a negrito da tabela T4.2.4, realizou-se o gráfico G4.2.4.

52/66

G4.2.31 Inflamabilidade das três espécies (limite inferior) a cerca de 1% de teor de humidade

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34Massa da esfera (g)

Te

mp

era

tura

da

es

fera

ºC

inflamabilidade feno c/2%

Inflamabilidade caruma c/1%

"Inflambilidade eucalipto c/1%"

53/66

G4.2.32 Inflamabilidade das três espécies (limite inferior) a cerca de 8% de teor de humidade

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34Massa da esfera (g)

Te

mp

era

tura

da

es

fera

ºC

inflamabilidade feno c/8%

Inflamabilidade caruma c/9%

Inflambilidade eucalipto c/7%

54/66

4.3-Inflamabilidade da caruma com cerca de 10% de teor de humidade (com cinco massas)

t min t máx. hum. diam massa Tmin hr máx Tmáx hr min nº larg tig Tig

c/ig s/ig esp. esfera esfera atm atm atm atm exp. B-A médio média

ºC ºC % (mm) (g) ºC % ºC % Qt. ºC (s) ºC 1015 1075 7,7 5 0,52 26 52 30 38 30 60 0,4 1068 921 962 7,65 10,1 4,1 26 52 28 42 30 41 1,06 946,7 915 946 9,6 14 10,68 28 54 30 46 35 31 1,49 938,3 865 889 8,95 20 32,63 25 62 28 46 25 24 2,53 875,6 738 761 8,2 37 206,6 25 40 33 32 24 23 4,68 761

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210Massa da esfera (g)

Te

mp

era

tura

da

es

fera

ºC

inflamabilidade=B

inflamabilidade=A

55/66

4.4-Tempo de ignição

G4.4.1 Tempo de ignição do feno

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100

Temperatura ºC

Tem

po

de

ign

ição

(s)

feno 2,3%; 2,5g

feno 0,1g; 10,68gfeno 4,2%; 32,77g

feno 8,3%; 3gfeno 9,9%; 11,88g

feno 6,5%; 33,3g

56/66

G4.4.2 Tempo de ignição do eucalipto

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100

Temperatura ºC

Te

mp

o d

e ig

niç

ão

(s

)

eucalipto 1,7%; 2g

eucalipto 0,7%; 10,68geucalipto 1,3%; 32,77g

eucalipto 6,9%; 3,3geucalipto 7,8%; 10,68g

eucalipto 7,7%; 32,63g

57/66

G4.4.3 Tempo de ignição da caruma

0

1

2

3

4

5

6

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150

Temperatura ºC

Tem

po

de

ign

ição

(s)

caruma 2,4%; 3,59g

caruma 0,3%; 11,88gcaruma 1,2%; 32,63g

caruma 6,9%; 3,3gcaruma 9,6%; 10,68g

caruma 9%; 32,63gcaruma 7,7%; 0,52g

caruma 7,7%; 206,6g

58/66

4.4.1-Tempo de ignição das espécies “secas”

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

700 750 800 850 900 950 1000 1050Temperatura ºC

Te

mp

o d

e ig

niç

ão

(s

)

feno 2%

caruma 1%

eucalipto 1%

59/66

4.4.2-Tempo de ignição da caruma com cerca de 10% de teor de humidade

y = 1E+21x-7,1027

R2 = 0,9652

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

750 800 850 900 950 1000 1050 1100Temperatura média ºC

tem

po

mé

dio

de

ign

içã

o

60/66

G4.4.6 Tempo médio de ignição da caruma c/ humidade [7,7;9,6]

y = 0,451x0,392

R2 = 0,9903

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210Massa da esfera (g)

Temp

o ign

ição (

s)

61/66

4.4.3- Energia de ignição da caruma com cerca de 10% de teor de humidade

T1 T1 diâmetro massa exp tig cp1 H1 T2 cp 2 H2 Variação.

H Índice transf. Energia

inicial inicial esfera esfera nº Cap. cal entalpia Cap. cal entalpia entalpia para a ignição ºC K mm kg s J/(kg.k) s K J/(kg.k) J J esfera J

1015 1288 5 0,00052 736 0,4 622 417 1261 618 405 11 0,5 6 921 1194 10,1 0,0041 676 1,1 608 2977 1176 605,4 2919 58 0,45 26 915 1188 14 0,01068 673 1,8 607 7702 1178 605 7612 91 0,4 36 865 1138 20 0,03263 629 1,5 599,7 22272 1129 598,3 22041 231 0,3 69 738 1011 37 0,2066 757 2,8 580,6 121289 1009 580,3 120969 320 0,25 80

62/66

y = 2E+24x-7,7202

R2 = 0,7335

0

10

20

30

40

50

60

70

80

700 800 900 1000 1100

Temperatura (ºC)

En

erg

ia (

J)

Conclusões

• Os veículos automóveis e os comboios são potenciais causadores de incêndios por meio de:– Troços de pneus– Calços de travões– Fuligem de sistemas de escape

64/66

• O tempo de ignição de um leito por uma partícula reduz-se com a diminuição da humidade do combustível.

• Em igualdade de condições o tempo de ignição do leito depende sobretudo da temperatura da partícula

65/66

Fim de apresentação

• Obrigado