Desarrollan un modelo para conocer el comportamiento de un incendio

USM/DICYT Entender cómo y cuánta energía es capaz de liberar la biomasa forestal cuando se quema, es el principal objetivo de este proyecto desarrollado por el Energy Conversion & Combustion Group del Departamento de Industrias de la Universidad Técnica Federico Santa María, y que busca conocer el eventual comportamiento de un incendio forestal mediante modelamiento matemático.

Según explica Andrés Fuentes, académico del Departamento de Industrias, un componente fundamental para validar este desarrollo, en cuanto al comportamiento de la combustión de la biomasa forestal, es la comparación con resultados experimentales, para lo que se contempla una serie de pruebas en el Laboratorio de Combustión del EC2G, y en las que se simularán condiciones similares a las de situaciones reales. “El equipo experimental cuenta con un arreglo óptico de alto nivel que permite realizar mediciones bajo diferentes configuraciones de ambiente oxidante (distintos niveles de oxígeno y nitrógeno), variando así sus proporciones y considerando diferentes mezclas de combustibles gaseosos que simulan la combustión de la biomasa real”, explica.

En lo que se refiere al modelamiento matemático, las principales variables que intervienen son idénticas a las de la ocurrencia y propagación de un incendio real, es decir, las condiciones medioambientales, el tipo, cantidad y contenido de humedad de la vegetación y la topología del terreno, entre otras. “Es importante considerar también que desde el follaje se pueden generar los denominados saltos de fuego, los cuales pueden transportar partículas a una alta temperatura pudiendo llegar a distancias considerables y reencender zonas controladas o incluso iniciar nuevos focos que aún no han sido alcanzados por el frente del incendio principal”, añade el experto.

Una vez que se ha iniciado el siniestro, un factor importante tanto para su propagación como para su contención, es la energía liberada por parte de los elementos combustibles, en este caso la biomasa forestal. Si la vegetación es quemada de forma completa, logra liberar una mayor cantidad de energía, lo que favorece su propagación, pudiendo avanzar incluso de forma ascendente por una pendiente o en dirección contraria al viento.

Desde el punto de la fuente de ignición, explica Fuentes, se desarrollan modelos teóricos, los cuales permiten comprender el proceso. “En este sentido se destacan dos formas en que puede ocurrir la ignición. La primera es la autoignición, donde se genera una llama espontánea a partir de un posible aumento local de la temperatura y masa de combustible gaseoso en el estrato vegetal, y la segunda es la ignición piloteada, en la cual la llama se genera a partir de la combustión de los gases liberados junto a una fuente externa, como lo puede ser la misma llama o un tercero (mediante un fósforo, o un cigarro, etc.)”.

Para modelar matemáticamente un incendio, generalmente se aplica una aproximación determinista, es decir, no contemplando el azar ni el principio de incertidumbre, donde se utilizan ecuaciones de conservación que consideran parámetros como la masa, la cantidad de movimiento, la energía y la radiación, entre otros. No obstante, aclara el académico, este tipo de técnica supone un margen de tiempo bastante amplio en cuanto a su cómputo, inclusive, si se trata de lugares pequeños, por lo tanto impide entregar una ayuda adecuada y oportuna a las unidades de emergencias.

“Para contrarrestar esta situación, se incorpora la modelación estocástica, sin considerar escalas espaciales y pudiendo modelar tanto espacios pequeños como grandes. Adicionalmente se suma la interacción local de la biomasa forestal, capturando de mejor manera la física del fenómeno. Por ejemplo, el tiempo que se mantiene encendida la vegetación y la energía liberada mediante radiación”, precisa.

Dado que se trata de un modelo estocástico, donde el fenómeno es analizado en términos de probabilidad, se espera que los resultados puedan obtenerse en tan solo algunos minutos, permitiendo así tomar decisiones rápidas e informadas sobre el combate contra los incendios, evitando que se generen o propaguen.

Cabe destacar que el grupo EC2G está compuesto también por los académicos del Departamento de Industrias, Pedro Reszka y Rodrigo Demarco; los ingenieros de estudios, Krystian Muñoz, Fabián Bustos y Gonzalo Olivares, y seis estudiantes de postgrado. El apoyo financiero de este proyecto proviene de CONICYT (Fondecyt, Redes y PAI), del Departamento de Industrias y la USM a través de los proyectos internos de investigación.