À medida que as frentes de incêndio avançam através das paisagens ou comunidades no terreno, eles também atacam de cima, lançando rajadas de brasas brilhantes para o ar. Também conhecidos como tições, essas partículas de destroços em chamas podem planar por até 40 quilômetros (aproximadamente 24 milhas) antes de pousar e podem causar até 90% dos incêndios domésticos e comerciais durante incêndios florestais.

A orientação sobre como se defender de ataques de brasa é esparsa, principalmente porque muito pouco se sabe sobre o comportamento das brasas. Mas um novo instrumento, apelidado de emberômetro, poderia oferecer um vislumbre de sua verdadeira natureza. Em um artigo publicado em Experiências em fluidos , pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) mostram a capacidade da ferramenta de caracterizar o tamanho e a trajetória das brasas, o que pode fornecer informações sobre o nível de ameaça. Com a nova ferramenta do NIST, engenheiros de incêndio podem estar mais bem equipados para proteger edifícios de brasas e podem produzir dados para apoiar orientações econômicas nos códigos de construção.

As condições perigosas em que as brasas surgem e sua natureza aparentemente aleatória tornaram sua medição uma batalha difícil. Uma abordagem prática tem sido coletar brasas de panelas cheias de água, que permite aos pesquisadores contar e avaliar as brasas depois que o fogo se apagou, mas isso está longe de ser uma imagem completa do que acontece durante as exposições de brasa, onde as estruturas são invadidas por detritos em chamas.

Porque as brasas agem de forma tão errática, medir como seu comportamento muda de um segundo para o outro enquanto eles ainda estão no ar é crucial. O especialista em combustão do NIST, Nicolas Bouvet e seus colegas construíram o novo instrumento para fazer exatamente isso.

O emberômetro é composto por um suporte de metal, em forma de H maiúsculo de lado, com câmeras digitais automáticas acopladas à extremidade de cada um de seus quatro braços. Os pesquisadores o projetaram para ser operado a mais de um quilômetro de distância e incorporaram seus componentes eletrônicos em materiais à prova de fogo para tornar o sistema implantável em condições de fogo.

Por meio de um método conhecido como velocimetria de rastreamento de partículas, o emberômetro usa dados de suas quatro perspectivas para traçar o caminho de objetos bem iluminados (como brasas) conforme eles passam por um espaço em forma de caixa de 2 metros cúbicos (mais de 70 pés cúbicos) na frente do dispositivo. O sistema também captura as silhuetas de cada brasa de quatro ângulos diferentes e mescla as perspectivas para reconstruir digitalmente suas formas 3D.

O emberômetro deu um rápido trabalho nos experimentos iniciais, alguns dos quais testaram a capacidade do dispositivo de rastrear palitos de madeira em chamas presos à extremidade de um braço de metal giratório, e para estimar o tamanho de pequenas esferas de plástico que os pesquisadores colocaram na frente das câmeras, Bouvet disse. Com os testes simples por trás deles, o próximo movimento dos pesquisadores foi descobrir se o dispositivo poderia colocar números em brasas reais.

No National Fire Research Laboratory do NIST - um espaço onde experimentos envolvendo chamas intensas podem ser realizados com segurança - os autores montaram o emberômetro a favor do vento de um gerador de fogo capaz de produzir chuvas de brasas em uma escala maior.

Em menos de um minuto, o emberômetro observou centenas de brasas passando em velocidades que variam de dezenas a centenas de centímetros por segundo. A ferramenta rastreou as partículas em movimento e reproduziu suas formas em 3D, como antes. Os pesquisadores verificaram o trabalho de dimensionamento do emberômetro coletando brasas que haviam caído em panelas cheias de água durante o experimento e comparando os pedaços de madeira encharcados com seus equivalentes digitais.

“O emberômetro se compara muito bem com o que está sendo coletado diretamente nos reservatórios de água, "disse Bouvet." Estou muito confiante para o rastreamento, e com o dimensionamento estamos satisfeitos. "

Por causa da quantidade e complexidade dos dados capturados pelo emberômetro, comparar diferentes exposições de brasa pode ser um desafio, mesmo se os dados forem precisos. A solução dos pesquisadores é um auxílio visual chamado rosa incendiária, que resume as características de uma exposição ao empacotar informações sobre o número e a orientação das brasas através do espaço e do tempo em um gráfico.

Os benefícios potenciais do emberômetro são múltiplos. Os engenheiros poderiam adicionar profundidade ao conjunto raso de dados sobre as exposições reais de brasas levando a ferramenta ao ar livre e também usá-la para garantir que as brasas produzidas no laboratório correspondam às medições de campo.

Em última análise, exposições de brasas mais realistas podem levar a melhores pesquisas em materiais à prova de brasas, potencialmente levando a uma melhor proteção para as estruturas durante os incêndios florestais.

Mais pesquisas externas podem tornar os esforços de mitigação mais econômicos também, se os pesquisadores que usam emberômetros amarram os níveis de ameaça das brasas às condições ambientais, como a intensidade da seca ou do vento. Esses dados podem informar novos códigos e normas de construção que oferecem orientação aos profissionais de segurança contra incêndios na seleção de um grau de proteção apropriado para as condições circundantes.

"Queremos ser capazes de olhar para o tipo de combustível, topografia e clima, e ter uma ideia de quão sério uma exposição a brasa pode ser para uma estrutura, "Bouvet disse." Os códigos de construção podem usar essas informações para aconselhá-lo sobre como fortalecer sua estrutura. Se você estiver em algum lugar no meio de um campo de grama, não vai ser a mesma coisa que se você estivesse cercado por árvores altas. "

O próximo passo da equipe do NIST é dar a seu sistema um toque de inteligência artificial. Como o dispositivo tem apenas quatro olhos, nem sempre consegue distinguir todos os detalhes da forma de um objeto. Mas com o aprendizado de máquina, o emberômetro poderia preencher os pontos cegos, melhorando suas medidas de reconstrução de tamanho.

Logo depois, os pesquisadores planejam testar o emberômetro ao ar livre, onde pode enfrentar brasas nascidas de incêndios florestais reais - embora controlados. Ao aprender lições no campo, a equipe poderia apertar ainda mais seu design, preparando o emberômetro para uso generalizado.