ignição de combustíveis florestais por partículas com elevada temperatura
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Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra Departamento de Engenharia Mecânica. Ignição de Combustíveis Florestais por Partículas com Elevada Temperatura. Mário António Fonseca Loureiro Orientadores: Professor Doutor Domingos Xavier Viegas - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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
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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.
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Pneu de camião ao desfazer-se provoca incêndio
A1 km 168 sentido N-S, Julho de 2004
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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