Los detalles de cómo se comportan las brasas que propagan los incendios forestales han sido en gran parte envueltos en un misterio, por lo que la orientación sobre cómo proteger los edificios de ellos es escasa. Pero el nuevo emberómetro de NIST, que puede rastrear y medir las escurridizas partículas, puede arrojar algo de luz muy necesaria sobre el tema y ayudar a sentar las bases para pautas rentables en los códigos de construcción. Crédito:N. Hancek / NIST
A medida que los frentes de incendios forestales avanzan a través de paisajes o comunidades en el suelo, también atacan desde arriba, lanzando ráfagas de brasas incandescentes al aire. También conocido como firebrands, Estas motas de escombros en llamas pueden deslizarse hasta 40 kilómetros (aproximadamente 24 millas) antes de aterrizar y pueden causar hasta el 90% de los incendios domésticos y comerciales durante los incendios forestales.
La orientación sobre cómo defenderse de los ataques de ascuas es escasa, en gran parte porque se sabe muy poco sobre el comportamiento de las brasas. Pero un nuevo instrumento apodado un emberómetro, podría ofrecer un vistazo a su verdadera naturaleza. En un artículo publicado en Experimentos en fluidos , Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) muestran la capacidad de la herramienta para caracterizar el tamaño y la trayectoria de las brasas, lo que puede proporcionar información sobre su nivel de amenaza. Con la nueva herramienta de NIST, Los ingenieros de incendios pueden estar mejor equipados para proteger los edificios de las brasas y podrían producir datos para respaldar una guía rentable en los códigos de construcción.
Las peligrosas condiciones en las que surgen las brasas y su naturaleza aparentemente aleatoria han hecho que medirlas sea una batalla cuesta arriba. Un enfoque a seguir ha sido recolectar brasas de ollas llenas de agua, que permite a los investigadores contar y medir las brasas después de que se apaga un incendio, pero pinta lejos de una imagen completa de lo que sucede durante las exposiciones a las brasas, donde las estructuras están invadidas por escombros en llamas.
Debido a que las brasas actúan de manera tan errática, medir cómo cambia su comportamiento de un segundo a otro mientras todavía están en el aire es crucial. El especialista en combustión del NIST, Nicolas Bouvet, y sus colegas construyeron el nuevo instrumento para hacer precisamente eso.
El emberómetro está compuesto por un soporte de metal, con forma de H mayúscula en su lado, con cámaras digitales de apuntar y disparar unidas al final de cada uno de sus cuatro brazos. Los investigadores lo diseñaron para ser operado desde más de un kilómetro de distancia e incrustaron sus componentes electrónicos en materiales ignífugos para que el sistema se pudiera implementar en condiciones de fuego.
Mediante un método conocido como velocimetría de seguimiento de partículas, El emberómetro utiliza datos de sus cuatro perspectivas para rastrear la trayectoria de objetos muy iluminados (como brasas) a medida que pasan a través de un espacio en forma de caja de 2 metros cúbicos (más de 70 pies cúbicos) frente al dispositivo. El sistema también captura las siluetas de cada brasa desde cuatro ángulos diferentes y fusiona las perspectivas para reconstruir digitalmente sus formas 3D.
La rosa de fuego sirve como una representación taquigráfica de los datos capturados del emberómetro, incluyendo el número y la orientación de las brasas a través del tiempo y el espacio. Crédito:NIST
El emberómetro hizo un breve trabajo de los experimentos iniciales, algunos de los cuales probaron la capacidad del dispositivo para rastrear palos de madera en llamas sujetos al extremo de un brazo de metal giratorio, y para estimar los tamaños de pequeñas esferas de plástico que los investigadores colocaron frente a las cámaras, Dijo Bouvet. Con las pruebas simples detrás de ellos, El siguiente paso de los investigadores fue averiguar si el dispositivo podía poner números a las brasas reales.
En el Laboratorio Nacional de Investigación de Incendios del NIST, un espacio donde los experimentos que involucran llamas intensas se pueden llevar a cabo de manera segura, los autores instalaron el emberómetro a favor del viento de un generador de fuego capaz de producir lluvias de brasas a mayor escala.
En menos de un minuto el emberómetro observó cientos de brasas pasar a velocidades que variaban de decenas a cientos de centímetros por segundo. La herramienta rastreó las partículas en movimiento y reprodujo sus formas en 3D, como antes. Los investigadores comprobaron el trabajo de dimensionamiento del emberómetro recolectando brasas que habían caído en recipientes llenos de agua durante el experimento y comparando las piezas de madera empapadas con sus contrapartes digitales.
"El emberómetro se compara muy bien con lo que se recolecta directamente en los recipientes de agua, ", dijo Bouvet." Tengo mucha confianza para el seguimiento, y por el tamaño estamos satisfechos ".
Debido a la cantidad y complejidad de los datos capturados por el emberómetro, comparar diferentes exposiciones a las brasas podría ser un desafío, incluso si los datos son precisos. La solución de los investigadores es una ayuda visual llamada rosa de fuego, que resume los rasgos de una exposición al empaquetar información sobre el número y la orientación de las brasas a través del espacio y el tiempo en un gráfico.
Los beneficios potenciales del emberómetro son múltiples. Los ingenieros podrían agregar profundidad al grupo poco profundo de datos sobre exposiciones reales a las brasas al llevar la herramienta al aire libre y también usarla para asegurarse de que las brasas producidas en el laboratorio coincidan con las mediciones de campo.
Por último, La exposición a las brasas más fiel a la vida podría conducir a una mejor investigación de materiales a prueba de brasas, potencialmente conduciendo a una mejor protección de las estructuras durante los incendios forestales.
Más investigación al aire libre también podría hacer que los esfuerzos de mitigación sean más rentables, si los investigadores que utilizan emberómetros relacionan los niveles de amenaza de las brasas con las condiciones ambientales, como la intensidad de la sequía o el viento. Esos datos podrían informar nuevos códigos y normas de construcción que ofrecen a los profesionales de la seguridad contra incendios orientación sobre cómo seleccionar un grado de protección apropiado para las condiciones circundantes.
"Queremos poder ver el tipo de combustible, topografía y clima, y tener una idea de la gravedad de la exposición a las brasas para una estructura, "Dijo Bouvet." Los códigos de construcción pueden usar esa información para aconsejarle sobre cómo endurecer su estructura. Si estás en medio de un campo de hierba, no va a ser lo mismo que si estuvieras rodeado de árboles altos ".
El siguiente paso del equipo de NIST es darle a su sistema un toque de inteligencia artificial. Debido a que el dispositivo solo tiene cuatro ojos, no siempre puede distinguir todos los detalles de la forma de un objeto. Pero con el aprendizaje automático, el emberómetro podría llenar los puntos ciegos, mejorando sus medidas de reconstrucción de tamaño.
Poco después los investigadores planean probar el emberómetro al aire libre, donde puede enfrentarse a las brasas nacidas de incendios forestales reales, aunque controlados. Al aprender lecciones en el campo, el equipo podría ajustar aún más su diseño, preparando el emberómetro para un uso generalizado.
