Terwijl fronten van bosbranden oprukken door landschappen of gemeenschappen op de grond, ze vallen ook van bovenaf aan, het lanceren van salvo's gloeiende sintels in de lucht. Ook bekend als firebrands, deze spikkels brandend puin kunnen tot 40 kilometer (ongeveer 24 mijl) glijden voordat ze landen en kunnen tot 90% van de woning- en bedrijfsbranden veroorzaken tijdens bosbranden.

Richtlijnen voor het afweren van sintelaanvallen zijn schaars, grotendeels omdat er zo weinig bekend is over het gedrag van sintels. Maar een nieuw instrument een emberometer genoemd, een glimp kunnen opvangen van hun ware aard. In een paper gepubliceerd in Experimenten in vloeistoffen , onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) demonstreren het vermogen van de tool om de grootte en het traject van sintels te karakteriseren, die inzicht kunnen geven in hun dreigingsniveau. Met de nieuwe tool van NIST, brandweerlieden zijn mogelijk beter toegerust om gebouwen te beschermen tegen sintels en kunnen gegevens produceren ter ondersteuning van kosteneffectieve richtlijnen voor bouwvoorschriften.

De gevaarlijke omstandigheden waarin sintels ontstaan ​​en hun schijnbaar willekeurige aard hebben het meten ervan tot een zware strijd gemaakt. Een go-to-benadering was het verzamelen van sintels uit met water gevulde pannen, waarmee onderzoekers sintels kunnen tellen en opmeten nadat een brand is gedoofd, maar het geeft verre van een compleet beeld van wat er gebeurt tijdens blootstelling aan gloeiende kolen, waar structuren worden overspoeld door vlammend puin.

Omdat sintels zo grillig werken, het is cruciaal om te meten hoe hun gedrag van de ene op de andere seconde verandert terwijl ze nog in de lucht zijn. NIST-verbrandingsspecialist Nicolas Bouvet en zijn collega's bouwden het nieuwe instrument om precies dat te doen.

De emberometer bestaat uit een metalen standaard, in de vorm van een hoofdletter H op zijn kant, met point-and-shoot digitale camera's bevestigd aan het uiteinde van elk van de vier armen. De onderzoekers ontwierpen het om te worden bediend vanaf meer dan een kilometer afstand en verankerden de elektronische componenten in vuurvaste materialen om het systeem inzetbaar te maken in vurige omstandigheden.

Via een methode die bekend staat als deeltjesvolgsnelheid, de emberometer gebruikt gegevens vanuit zijn vier perspectieven om het pad van helder verlichte objecten (zoals sintels) te volgen terwijl ze door een doosvormige ruimte van 2 kubieke meter (meer dan 70 kubieke voet) voor het apparaat gaan. Het systeem legt ook de silhouetten van elke sintel vast vanuit vier verschillende hoeken en voegt de perspectieven samen om hun 3D-vormen digitaal te reconstrueren.

De emberometer maakte korte metten met de eerste experimenten, waarvan sommige het vermogen van het apparaat testten om brandende houten stokken te volgen die aan het uiteinde van een roterende metalen arm waren bevestigd, en om de afmetingen van kleine plastic bolletjes te schatten die de onderzoekers voor de camera's lieten vallen, zei Bouvet. Met de eenvoudige tests erachter, de volgende zet van de onderzoekers was om erachter te komen of het apparaat getallen aan echte sintels kon geven.

In het National Fire Research Laboratory van NIST - een ruimte waar experimenten met intense vlammen veilig kunnen worden uitgevoerd - hebben de auteurs de emberometer benedenwinds opgesteld van een brandblusgenerator die in staat is om op grotere schaal gloeiende sintels te produceren.

In minder dan een minuut, de emberometer observeerde honderden sintels met snelheden variërend van tientallen tot honderden centimeters per seconde. De tool volgde de bewegende deeltjes en reproduceerde hun vormen in 3D, zoals eerder. De onderzoekers controleerden het dimensioneringswerk van de emberometer door sintels te verzamelen die tijdens het experiment in met water gevulde pannen waren gevallen en de overgoten stukken hout te vergelijken met hun digitale tegenhangers.

"De emberometer is heel goed te vergelijken met wat er direct in de waterpannen wordt opgevangen, " zei Bouvet. "Ik heb veel vertrouwen in het volgen, en voor de maatvoering zijn we tevreden."

Vanwege de hoeveelheid en complexiteit van de gegevens die door de emberometer worden vastgelegd, het vergelijken van verschillende blootstellingen aan sintels kan een uitdaging zijn, zelfs als de gegevens kloppen. De oplossing van de onderzoekers is een visueel hulpmiddel genaamd een brandroos, die de kenmerken van een blootstelling samenvat door informatie over het aantal en de oriëntatie van sintels door ruimte en tijd in één grafiek te verpakken.

De potentiële voordelen van de emberometer zijn meervoudig. Ingenieurs zouden diepte kunnen toevoegen aan de ondiepe hoeveelheid gegevens over blootstelling aan echte sintels door het gereedschap naar buiten te brengen en het ook te gebruiken om ervoor te zorgen dat sintels geproduceerd in het laboratorium overeenkomen met veldmetingen.

uiteindelijk, ember blootstelling meer levensecht zou kunnen leiden tot beter onderzoek naar ember-proof materialen, mogelijk leidend tot een betere bescherming van constructies tijdens bosbranden.

Meer onderzoek in de buitenlucht zou mitigatie-inspanningen ook kosteneffectiever kunnen maken, als onderzoekers die emberometers gebruiken de dreigingsniveaus voor sintels koppelen aan omgevingscondities, zoals de intensiteit van droogte of wind. Die gegevens zouden nieuwe bouwvoorschriften en normen kunnen informeren die brandveiligheidsprofessionals begeleiding bieden bij het selecteren van een mate van bescherming die geschikt is voor de omgevingsomstandigheden.

"We willen kunnen kijken naar het brandstoftype, topografie en weer, en een idee hebben van hoe ernstig een blootstelling aan ember kan zijn voor een constructie, Bouvet zei. "Bouwcodes kunnen die informatie gebruiken om u te adviseren over hoe u uw structuur kunt verharden. Als je ergens in het midden van een grasveld bent, het zal niet hetzelfde zijn alsof je omringd bent door hoge bomen."

De volgende stap van het NIST-team is om het systeem een ​​vleugje kunstmatige intelligentie te geven. Omdat het apparaat maar vier ogen heeft, het kan niet altijd elk detail van de vorm van een object onderscheiden. Maar met machinaal leren, de emberometer zou blinde vlekken kunnen opvullen, het verbeteren van de afmetingen van de reconstructiemetingen.

Snel na, de onderzoekers zijn van plan om de emberometer in de buitenlucht te testen, waar het kan worden geconfronteerd met sintels die zijn geboren uit echte - zij het gecontroleerde - bosbranden. Door lessen te leren in het veld, het team zou het ontwerp verder kunnen aanscherpen, het gereedmaken van de emberometer voor wijdverbreid gebruik.