Development and closed-loop control of an active water-cooled fire-proof barrier

Abstract

Os desastres ocorridos durante o Verão devido aos fogos florestais, e a sua consequente devastação, com mais incidência de ocorrência nos últimos anos, devem-se às alterações climáticas, assim como ao insuficiente conhecimento sobre os padrões de comportamento do fogo em qualquer circunstância.Com o intuito de desenvolver conhecimento sobre esta temática, vários trabalhos de investigação têm sido realizados no DEM. Um desses resultou no protótipo de uma barreira anti-fogo, a ser instalada à volta de uma estrutura, protegendo-a do avanço das chamas. A esta barreira foi instalado um flat spray para arrefecer a tela composta por fibra de vidro e coberta por uma película de alumínio (material altamente refletivo, essencial para refletir o calor). Os testes realizados com o protótipo arrefecido a água apontaram para a capacidade de travar o avanço do fogo.O argumento abordado nesta dissertação consiste em implementar um sistema de funcionamento automático de atuação de uma válvula em função da temperatura na superfície da tela, otimizando o consumo de água incidente na barreira. Assim, a metodologia explorada consiste na programação da válvula que controla a produção do spray incidente na barreira, programar devidamente os componentes envolvidos e verificar a viabilidade desta solução através de testes experimentais.Nos testes experimentais, realizados com fogo, procurou-se verificar a distribuição de temperatura na barreira, comparar o estado da tela após o término da combustão e avaliar o consumo de água. Dos ensaios conclui-se que a autonomia gerada pelo controlo do consumo de água representa uma poupança da água entre 35 a 50%, aumentando o tempo de ação do sistema, caso o fornecimento provenha de um depósito com uma quantidade de água disponível limitada.

The disasters that occurred during the summer due to forest fires, and their consequent devastation, with more incidence of occurrence in recent years, are due to climate change, as well as insufficient knowledge about the patterns of fire behavior in any circumstances.In order to develop knowledge on this topic, numerous research works have been carried out in DEM. One of these resulted in the prototype of a fire-proof barrier to be installed around a structure, protecting it from the flames advance. To this barrier was added a flat spray to cool the fabric composed of fiberglass and covered by an aluminum tissue (highly reflective material, essential to reflect heat). The tests with the water-cooled prototype pointed to the ability to stop the fire advancing.The argument addressed in this dissertation consists of implementing an automatic operating system to manage a valve as a function of the fabric surface temperature, optimizing the water consumption. Thus, the methodology explored consists of programming the valve that controls the production of the incident spray in the barrier, correctly programming the components involved, and verifying the feasibility of this solution through experimental tests.In the experimental tests, carried out with real fire, we tried to verify the temperature distribution in the barrier, compare the state of the fabric after the end of combustion, and evaluate water consumption. From the tests, it was concluded that the autonomy generated by the water consumption control represents a saving of water between 35 to 50%, increasing the action time of the system if the supply comes from a tank with a limited amount of water available.