domingo, 9 de abril de 2017

El efecto chimenea en los troncos de los árboles

Muchas veces os habréis preguntado por qué el calcinado de los troncos después de un incendio o quema prescrita presenta una forma peculiar y siempre igual o muy parecida en todos aquellos árboles que hayan estado sometidos al mismo frente de llama. Esto se produce por el llamado "efecto chimenea" en troncos ¿Qué es y por qué se produce?

Foto @Fuego_lab (cc)

En la entrada ¿En qué se parecen el agua y el fuego? explicamos algunas propiedades comunes al agua y al fuego ya que son fluidos y por tanto se comportan de forma parecida en algunas situaciones. Este es el caso de la turbulencia a sotavento de un fluido que atraviesa un obstáculo. Es el responsable de que, por ejemplo, veamos un aumento de velocidad o incluso turbulencia, si posicionamos un obstáculo (obturador) en una tubería.


Como el fuego está al aire libre y además es un fluido caliente, esta turbulencia hace que la llama ascienda por el obstáculo (tronco) ya que su rugosidad genera un flujo turbulento en la capa límite, esto es, la zona donde el movimiento del fluido es perturbado por la presencia del sólido con el que esté en contacto. Es algo parecido a lo que hace volar a los aviones pero en este caso el sentido vertical:


Imaginaos ahora que en un incendio o quema prescrita ocurre como en una avión, esto es, que el fuego está quieto (como el aire) y que empujamos un tronco en busca del frente de llama ¿a que ahora es más fácil de entender? Efectivamente la existencia del obstáculo "aplastaría" las llamas contra el tronco y, en principio, nos protegeríamos de las llamas pero el efecto Bernouilli haría que la velocidad del flujo en los bordes del tronco aumentara generando una la turbulencia a sotavento que no nos libraría de achicharrarnos. El tronco es cilíndrico (o casi) y muy rugoso, al contrario de la forma afilada y lisa de las alas del avión, con lo que la turbulencia a sotavento hace que la adherencia de la llama al tronco sea muy eficaz. 

Si pudiéramos empujar el árbol hacia la posición de la cámara el tronco nos protegería de la radiación del frente de llama pero nos achicharraríamos con la convección generada a sotavento del árbol que por efecto de la capa límite hace que además la llama se quede "adherida" al tronco.

El efecto chimenea en troncos tiene consecuencias que hay que tener en cuenta en la prescripción de las quemas bajo arbolado. Aunque las cortezas de los árboles en su base suelen ser más gruesas, éstas disminuyen su grosor conforme subimos en altura del perfil del árbol. Por tanto, aunque la prescripción prevista de la altura de llama sea de 1 m, la altura real a la que se calentará el tronco por el efecto chimenea puede llegar a ser de 3, 4, 5 ó más metros dependiendo de la velocidad del frente de avance y del diámetro de los árboles. Esto puede generar calentamientos a sotavento en altura que podrían afectar a los tejidos vivos que están menos protegidos por la corteza que en la base. Los posibles efectos de este calentamiento sobre el estrés o la mortalidad del arbolado afectado deben valorarse en la planificación y evaluación posterior de la quema para mejorar las prescripciones futuras en cada caso.



Y como una imagen vale más que mil palabras os dejo ese vídeo donde lo explicamos en menos de 3 minutos. Espero que os guste.


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18 comentarios:

  1. Muy buena entrada y muy buen vídeo que deja muy claro el efecto.

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  2. A modo de corolario reproduzco el comentario que me ha hecho Paulo Fernandes en la página de FB y mi respuesta:

    PF:"Muy bien :) solo faltó decir que también ocurre si el fuego se propague en la misma dirección pero contra el viento, y ahí el efecto chimenea será en el lado opuesto del árbol"
    JM:"Correcto, no quería complicar más la explicación. En el símil que he hecho en la entrada es como si se "tirara" del árbol en vez de "empujarlo" pero el efecto es el mismo. Gracias Paulo por la aclaración"

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  3. Felicidades por el blog!
    Importante reforzar siempre el conocimiento empírico a través del rigor científico-divulgativo.

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    1. Gracias, todo muy casero pero vamos mejorando poco a poco. Os invito a ver mi evolución en la edición de vídeos en la pestaña de Canal Fuegolab que están ordenados cronológicamente ;-) Saludos

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  5. Estupendda explicación. Únicamente comentar el importante papel que juega la pendiente en el efecto chimenea...similar a la del viento a favor o en contra.
    Gracias por el trabajo!!!

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    1. Gracias! Efectivamente, no quería complicar más la explicación. De hecho el vector viento+pendiente en realidad es el que determina el efecto a sotavento y por tanto la cara del árbol donde se pegará la llama al tronco. Saludos

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  6. Muy interesante. Un video muy ilustrativo.

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  7. Gracias! Un saludo, espero verte por aquí en más ocasiones

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  8. Fenomenal el vídeo, muy bien captado y muy bien explicado.

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  9. Muy buen video. Mis felicitaciones

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  10. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

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  11. Muy buen vídeo. Siento no estar del todo de acuerdo, creo que es correcto pero que no es así de sencillo. Igual no lo has querido complicar... No sabía si comentarlo o no... pero igual también me corregís y así aprendemos todos.
    No se puede considerar el fuego como un fluido, sino como una sucesión de fluidos y reacciones en cadena que forman otros fluidos diferentes y que va cambiando continuamente. Pues el fuego que forman unos gases desaparece y da paso a otros. Pues sería la única forma también de tener en cuenta los nuevos gases de pirólisis y sus continuos cambios de temperaturas, volúmenes y densidades que forman ademas nuevos gases, etc Esto va forzando la progresión en vertical del fuego. Así tendrías ya dos vectores, uno en la dirección del viento y otro en la vertical, y según la intensidad de cada uno de ellos te saldrá el ángulo adecuado hasta la parte de sotavento, donde deja de tener tanto efecto el factor viento y entonces tiene ya más fuerza el factor vertical formando ya en la parte trasera efecto chimenea puro.
    Cuando el fuego se acerca al árbol con viento, va precalentando los combustibles por radiación y convección, formando en el mismo arbol y alrededores pirólisis de combustibles, éstos suben por la ley de Gay Lussac y Boyle al estar más calientes (300ºC), aumentar el volumen y tener menor densidad entonces. En décimas de segundo al alcanzar rango de inflamabilidad, arden, alcanzan más temperatura(900ºC) Vuelven a subir más violentamente por la ley de Gay Lussac y Boyle, por el mismo principio. Por la parte frontal no puede progresar la llama por la sobrepresión existente por el viento, por las partes laterales menos, pues la sobrepresión y velocidad es mayor al juntarse los volúmenes de aire del viento que viene en esa dirección con la que se desplaza hacia aquí al chocarse con el tronco, Juntándose el doble de volumen en un mismo espacio aumentando la presión y velocidad del aire en esa zona por el efecto Bernoulli.
    Sólo le queda entonces progresar hacia la parte trasera del tronco en un ángulo más o menos vertical según sobre todo la velocidad del viento e influenciado por la temperatura de la llama y la cantidad de gases que forma. Justo en esta zona, a sotavento, al ser de sección redonda se forman zonas de menos presión con turbulencias al regresar el viento acelerado lateralmente a ocupar el espacio con menos presión,lo cual favorece la progresión vertical.
    La progresión vertical de llama por la parte trasera del tronco protegida del viento y con las turbulencias de regreso de las corrientes laterales forma un gran efecto de convección que precalienta más facilmente el combustible en el plano vertical formando gases de pirólisis y se inflama ascendiendo violentamente por la ley de Gay Lussac, precalentando más los combustibles ... produciendo reacción en cadena.
    La llama siempre va a intentar expansionarse también lateralmente pues al arder los gases y aumentar la temperatura con ello aumenta el volumen de forma viloenta, pero la sobrepresión existente en los laterales del tronco y el aumento de velocidades del aire debido a ésto por el efecto Bernoulli nunca le va a dejar traspasarlo en contra del viento. Por lo que sólo le queda la progresión vertical. Que además es perfecta para el fuego y su reacción en cadena.
    Es lo que pienso que ocurre. Siento la chapa.

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    1. Gracias por tu aportación. Lo que comentas es cierto y creo que complementa más que contradice la entrada. Efectivamente en la entrada no expliqué en detalle por qué ascienden los gases a sotavento (Ley de Gay Lussac y Boyle) y me centré más en el efecto Bernoulli ¿te animas a hacer una entrada? Mis puertas están abiertas ;-)

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  12. Claro Javier si digo que pienso que era así,pero que era más complicado para explicar también el ascenso por detras , imaginaba que no habías querido complicar la entrada. Cómo andaba teorizando sobre el fuego la extinción etc para el proyecto en el que ando liado, pues nada me vine arriba...
    Ah pues igual te envío una entrada sobre algunos errores que creo que estamos cometiendo en extinción y ya ves si te parece bien...
    Saludos

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