Comportamento do Fogo

1. Introdução

Segundo SOARES (1979), existe uma relação entre o fogo e a silvicultura que é de vital importância para o Engenheiro Florestal. A silvicultura comercial está diretamente dirigida à produção de fibra de madeira e à criação e manutenção de uma cobertura verde. Basicamente, a silvicultura consiste em manejar a força criativa da fotossíntese, processo químico do qual toda a vida depende e através do qual o dióxido de carbono, água e energia solar são combinados para produzir a celulose e outros carbohidratos, em um processo lento e contínuo. O fogo, por sua vez, rapidamente reverte o processo e libera, sob forma de calor, a energia armazenada pela fotossíntese. O fogo é portanto o inverso da fotossíntese, ou seja, é um processo de decomposição.
Analisado desta forma o fogo pode ser considerado como um inimigo potencial das florestas, principalmente das florestal plantadas, e realmente é extremamente destrutivo quando foge do nosso controle. Porém quando usado de forma controlada é de grande utilidade para a atividade florestal, tanto na limpeza das áreas como na redução de material combustível no interior das florestas. Sendo válido lembrar, que para este fim ainda existem grandes controvérsias sobre os possíveis danos que o fogo pode causar às árvores do povoamento.
Neste sentido o estudo do comportamento do fogo e imprescindível para a avaliação dos efeitos da queima controlada sobre as árvores. Sendo assim o presente trabalho tem como objetivo principal, apresentar de maneira sucinta algumas considerações sobre combustão e propagação do fogo e alguns parâmetros sobre o comportamento do fogo.

2. Considerações gerais sobre combustão e propagação do fogo

Segundo SOARES (1985), os conceitos gerais sobre combustão e propagação dos fogo são os seguintes:
Fogo, de um modo geral, é o termo aplicado ao fenômeno físico resultante da rápida combinação entre o oxigênio e uma substância qualquer (ex. - madeira), com a produção de calor, luz e, geralmente, chamas. fogo ou mais precisamente combustão, é portanto uma reação química de oxidação.
Analisando-se a reação da combustão completa da madeira, que poderia ser generalizada para todo o material combustível florestal, percebe-se que ela envolve três elementos básicos: combustível, oxigênio e calor. Em qualquer incêndio florestal é necessário haver combustível para queimar, oxigênio para manter as chamas e calor para iniciar e continuar o processo de queima. Essa inter-relação entre os três elementos básicos da combustão é conhecida como “Triângulo do Fogo”. A ausência, ou redução abaixo de certos níveis, de qualquer um dos componentes do triângulo do fogo inviabiliza o processo de combustão.
Um incêndio florestal superficial sempre começa através de um pequeno foco (fósforo aceso, toco de cigarro, fagulha, pequena fogueira, etc.), e inicialmente tende a se propagar para todos os lados, de forma aproximadamente circular, tendo em um segundo estágio sua forma alterada pela ação do vento e da topografia. Daí em diante o incêndio toma uma forma definida, compreendendo as seguintes partes: cabeça ou frente, flancos e cauda ou base. A cabeça ou frente é a parte que avança mais rapidamente e segue a direção do vento; a cauda ou base se propaga em direção oposta à cabeça, contra o vento, lentamente, é as vezes se extingue; os flancos se propagam perpendicularmente à cabeça do incêndio ligando está à cauda.
Vários fatores afetam e influem na propagação dos incêndios, entre eles: o material combustível; a umidade do material combustível; as condições climáticas; a topografia e o tipo da floresta. A ação de cada um destes fatores é diferente para cada região e para cada época do ano, o que causa grande diferença no comportamento dos incêndios.

3. Considerações gerais sobre o comportamento do fogo

Segundo SOARES (1979), Comportamento do fogo, é um termo geral usado para designar o que o fogo faz. A ignição, crescimento, propagação e declínio de qualquer incêndio em combustíveis florestais representa um complexo processo de reação em cadeia. A ação do fogo através de sua duração é governada por certas leis e princípios naturais da combustão. A compreensão desses princípios é um passo básico no julgamento do efeito dos vários fatores ambientais sobre o comportamento do fogo. O triângulo do fogo e as fases de combustão, por exemplo, são peças importantes no estudo do comportamento do fogo.
Segundo BATISTA (1995), comportamento do fogo é o resultado da interação entre clima e condições do combustível, topografia, técnica de queima e forma de ignição. Medidas do comportamento do fogo são úteis para comparar queimas, para o planejamento da supressão e para estimar os efeitos do fogo. Além disso, os termos de comportamento do fogo tem sido usados por inúmeros autores para descrever as condições das queimas controladas em povoamentos florestais.

3.1 Dimensões da chama

Segundo BATISTA (1990), A dimensão vertical das chamas produzidas durante os incêndios florestais é utilizada para estimar a intensidade do fogo. Existe uma certa dificuldade em identificar estas dimensões, as principais dimensões obtidas são:
a) comprimento da chama, que é a distância entre a ponta da chama e o solo ou superfície do combustível restante, medida no meio da sua zona ativa;
b) altura da chama, é a distância entre a ponta da chama é a superfície do solo ou do material que está queimando, medida verticalmente em relação ao solo;
c) Profundidade da chama é a distância, na base da chama, entre a margem dianteira e a margem posterior.
A obtenção destas medidas no entanto, não é tão simples. A ponta da chama é uma referência muito instável, sendo portanto necessário obter uma média de várias observações durante um determinado período de tempo, para ser representativa do comportamento do fogo.

3.2 Intensidade do fogo

Intensidade do fogo é a taxa de energia ou calor liberada por unidade de tempo e por unidade de comprimento da frente de fogo. Numericamente é igual ao produto da quantidade de combustível disponível pelo seu calor de combustão e pela velocidade de propagação do fogo, como mostra a equação de Byram:

I = intensidade do fogo em kcal / m.s
H = calor de combustão em kcal / Kg (± 4.000 kcal / Kg)
w = peso do combustível disponível em Kg/m2
r = velocidade de propagação do fogo em m/s
A intensidade do fogo pode também ser estimada através de sua relação com o comprimento médio das chamas. A equação que traduz essa relação é a seguinte:

sendo,

I = intensidade do fogo em kcal/m.s
hc = comprimento das chamas em m

O comprimento das chamas pode ser estimado no próprio incêndio ou através de fotografias, desde que se tenha alguma referência no local para servir de escala. Existe também certa dificuldade em identificar a dimensão que representa o comprimento da chama. Por definição, comprimento da chama é a distância entre a ponta da chama e a superfície do solo, medida no meio de sua zona ativa. Mais fácil é a estimativa da altura das chamas, o que inclusive pode ser feito através da carbonização na casca das árvores. Quando a inclinação das chamas é 45o ou mais, o comprimento é praticamente igual à altura. Entretanto, se a inclinação for menor que 45o, a altura será sempre menor que o comprimento. Portanto, quando se usa a altura das chamas, ao invés do comprimento, para estimar a intensidade do fogo, quanto maior for o ângulo de inclinação da chama em relação ao solo, menor será o erro da estimativa.
A intensidade do fogo, calculada através das equações de Byram, tem demonstrado ser um parâmetro muito útil na descrição do comportamento do fogo, além de servir como um índice de referência para se visualizar e comparar as taxas de energia liberadas por diferentes incêndios.
Devido ao fato do combustível requerer certo tempo para queimar, a liberação de calor não está limitada à parte mais avançada da frente de fogo, mas se estende retroativamente através de toda a zona onde a combustão está se processando.
A intensidade do fogo tem mais significado e pode ser melhor compreendida quando associada à características específicas do comportamento do fogo.

3.3 Velocidade de propagação

É o termo usado para descrever a taxa segundo a qual o fogo aumenta, tanto em área como lineamento. Em estudos de comportamento do fogo, um dos mais importantes parâmetros é a taxa de propagação linear do fogo, ou velocidade de propagação, que pode ser medida em metros por segundo, metros por minuto ou quilômetros por hora.
Para isto podem ser utilizados modelos matemáticos, que estimam a velocidade de propagação de incêndios. Outra forma de forma de medir a propagação do fogo pode ser também a medida direta, através da cronometragem de uma distância pré-estabelecida e percorrida pelo fogo. Apesar de não ser um dos parâmetros mais fáceis de se medir em um incêndio, a velocidade de propagação é muito importante na previsão do comportamento do fogo.

3.4 Tempo de residência

O tempo de residência, ou o intervalo de tempo em que a frente de fogo permanece num determinado ponto, é também um importante componente do comportamento do fogo. Essa importância se deve ao fato de que os danos causados à vegetação dependem não apenas da temperatura do fogo mas também ao tempo de exposição da vegetação a essa temperatura.
O tempo de residência pode ser medido diretamente ou estimado através de outros parâmetros. Acompanhando a variação da temperatura com pares térmicos colocados na superfície do solo, pode-se determinar o tempo de residência como sendo o intervalo entre o aumento significativo da temperatura e o seu declínio aos níveis anteriores. O tempo de residência pode também ser medido com um cronômetro, observando-se o tempo gasto pela frente de fogo para passar por um ponto pré-determinado.
O tempo de residência pode ser calculado através da velocidade de propagação do fogo e a profundidade (ou largura) da chama. Profundidade da chama é a distância horizontal entre duas extremidades da chama. A relação é a seguinte:
tr = P / r
sendo,

tr = tempo de residência em segundos
P = profundidade da chama em metros
r = velocidade de propagação do fogo em m / s
Uma estimativa do tempo de residência pode ser feita também com base no tamanho médio das partículas de combustível.

3.5 Calor por unidade de área e perdas de calor

a) Calor por unidade de área

o calor liberado por unidade de área pode ser estimado através da intensidade do fogo, simplesmente dividindo-se esta pela velocidade de propagação, ou seja:

sendo,

Ha = calor liberado em kcal/m2
I = intensidade do fogo em kcal/m.s
r = velocidade de propagação do fogo em m/s

b) Perdas de calor

O calor liberado pelo material que queima na floresta não é conhecido com precisão, mas seguramente é menor que os valores apresentados, pois a combustão em condições naturais não é completa. Além disto, outras perdas de calor devem ser levadas em consideração quando se estima o balanço de energia dos incêndios florestais, dentre eles a perda por radiação e perda pela presença da umidade. Alguns trabalhos indicam que a perda por radiação pode chegar a cerca de 15% do valor máximo do calor de combustão do material queimado.
A perda devido à presença de água depende do teor de umidade do combustível e o calor de combustão do material úmido pode ser estimado através da seguinte equação:

sendo,

Hw = calor de combustão do material úmido
Hd = calor de combustão do material seco
U = conteúdo de umidade em % de peso seco

Devido a presença de umidade no combustível, há necessidade de calor para: a) elevar a temperatura da água do combustível; b) separar a água estrutural da madeira; c) vaporizar a água existente no combustível; d) aquecer o vapor d’água até a temperatura das chamas. Às perdas de calor no processo de combustão do material florestal em condições naturais, deve-se usar um valor menor do calor de combustão nos cálculos e trabalhos relacionados com o comportamento do fogo. Como a variação entre os diversos tipos de combustíveis florestais não é muito grande, o valor de calor de combustão nos trabalhos de comportamento do fogo pode ser considerado como uma constante, cujo valor recomendado e 4.000 kcal por Kg de material consumido.

3.6 Altura de crestamento

Altura de crestamento pode ser definida com a altura média de secagem letal da folhagem das árvores, ocorrida durante um incêndio. Ela é um efeito imediato do fogo é um importante parâmetro para se estimar os danos causados pelo incêndio ao povoamento, bem como para o estabelecimento das condições ideais de uma queima controlada dentro da floresta.
A questão crucial sobre o efeito de qualquer incêndio florestal é se as árvores sobreviverão ou não. Em incêndios de copa ou mesmo superficiais de grande intensidade, normalmente ocorre a morte das árvores. Em incêndios de baixa, média ou variável intensidade, podem provocar apenas danos superficiais ou morte parcial no povoamento.
Acima da zona de combustão de um incêndio superficial há uma faixa dentro da qual a folhagem é crestada e morta pelos gases quentes que se elevam das chamas. Experiências tem demonstrado que pelo menos para coníferas, a principal causa da mortalidade é o crestamento da copa, ao invés de danos ao câmbio. As cicatrizes eventualmente deixadas pelo fogo na base do tronco, podem facilitar a penetração de fungos ou insetos, mas não afetam diretamente a sua sobrevivência. Para morrer apenas por danos ao câmbio, uma árvore deve ser completamente anelada pelo fogo e um incêndio suficientemente intenso para provocar esse anelamento fatalmente será capaz de crestar toda a sua copa. A morte através do anelamento pode levar vários anos, enquanto que pelo crestamento da copa é bastante rápido. Árvores de algumas espécies, porém, podem suportar a perda de grande parte da copa por crestamento sem mortalidade, emborca a taxa de incremento seja temporariamente reduzida.
A temperatura alcançada, a determinada altura, pela coluna de convecção acima do fogo, depende de três fatores, a intensidade do fogo, a temperatura doa r e a velocidade do vento. A uma determinada intensidade de fogo, ventos fortes tendem a dissipar a coluna de convecção horizontalmente, reduzindo a altura de crestamento letal. A temperatura do ar também é importante porque o acréscimo de calor necessário para matar a folhagem depende naturalmente da temperatura inicial.

3.7 Produção de calor

As altas temperaturas geradas pelos incêndios florestais são importantes componentes do comportamento do fogo e fatores primários de danos, não apenas à vegetação, como ao próprio ecossistema local.
A temperatura da chama em um incêndio é cerca de 1250 oC. Essa temperatura pode ser ainda maior no turbilhão de chamas de um incêndio de alta intensidade. O material incandescente, entretanto, tem uma temperatura bem menor, devido à formação de uma camada de cinzas sobre o combustível que reduz o contato com o oxigênio e diminui a taxa de combustão. A temperatura das brasas, por exemplo é aproximadamente 650oC, mas o tempo de exposição a esse material em um incêndio é bem maior.
As temperaturas registradas em um incêndio dependem de vários fatores, como velocidade de propagação, tipo de combustível e época de queima, dentre outros. A maioria das pesquisas registram temperaturas máximas entre 600 e 800 oC, embora eles possam às vezes ser inferiores a 300 oC ou superiores a 1000oC, em incêndios de baixa e alta intensidade, respectivamente.
Em queimas controladas a temperatura raramente ultrapassa 500 oC, exceto em fogos de rápida propagação, assim mesmo por curtos intervalos de tempo.

4. Bibliografia

SOARES, R. V. Incêndios Florestais - Controle e Uso do Fogo. Curitiba : FUPEF, 213 p, 1985.

SOARES, R. V. Prevenção e Controle de Incêndios Florestais. Curitiba : FUPEF, 72 p, 1979.

BATISTA, A. C. Incêndios Florestais. Recife : Universidade Federal Rural de Pernambuco - Curso de Eng. Florestal. 115 p, 1990.

BATISTA, A. C. Avaliação da Queima Controlada em Povoamentos de Pinus taeda L. no Norte do Paraná. Curitiba. Tese (Doutorado em Eng. Florestal), Setor de Ciências Agrárias, UFPR. 108 p, 1995.