Water jet modelling and characterization for application in firefighting technologies

Abstract

Anualmente, nos países de clima mediterrâneo, os incêndios causam inúmeros ferimentos, tanto na população civil, como nos bombeiros, para além da incontável perda de património.Com vista a combater o problema mencionado, os investigadores da ADAI projetaram dois sistemas de combate a incêndios. Um deles, um drone para combater fogos pelo meio aéreo, outro, uma agulheta portante, capaz de detetar e direcionar um jato de água para uma fonte de calor. Ambos trabalham com grandes caudais de água conjugados com grandes pressões de serviço, o que resulta em grandes forças de reação do jato, e por esta razão, os dois sistemas têm de ser projetos de maneira cuidadosa.Visto que é uma problemática com pobre bibliografia associada, qualquer contribuição para este assunto será importante para progredir no conhecimento e aumentar o estado-de-arte.Pelas razões apresentadas, o objetivo do trabalho desenvolvido é a caracterização e modelação de jatos de água, focando principalmente nas reações da agulheta e nas varáveis que as afetam, tal como a tensão da mangueira, caudal ejetado, entre outras. A intenção é aplicar a informação recolhida nas duas aplicações de combate a incêndios atrás referidas.O método adotado, consistiu em medir, diretamente, as reações numa agulheta durante uma situação semelhante com uma de vida real, consequentemente, os resultados extraídos são as reações que um bombeiro deve sentir, tal como as que os dois sistemas referidos vão terão que suportar em serviço. Os resultados atingidos discordam de parte das investigações realizadas sobre o assunto, permitiram-nos, também, observar que as forças exercidas pela mangueira (e as suas reações em contacto com o terreno) são essências para compreender as forças exercidas numa agulheta debitando um jato de água.

Annually, in Mediterranean countries, wildfires origin patrimonial losses, injured people or life losses. To address the mentioned problem, ADAI’s researchers are projecting two firefighting systems: 1) a portable water monitor capable of detecting and directing a waterjet to a heat source, and 2) a drone with an attached nozzle and water hose, with the purpose of fighting wildfires from the air. Both devices labor using large water flows and large service pressures. A careful design and project are required, since this results in large reaction forces.The water jet kickback force’s problematic has only a few addressed bibliographies, so any contribution to this topic will be invaluable to further progress knowledge and the state-of-the-art.By above-mentioned reasons, the main objective of the work presented is the characterization and modelling of a water jet, focusing principally on the nozzle reactions and the variables that affect it, like hose tension, pump’s output flow, within others. The intention is to use the collected information in the design of the two referred firefighting technologies. The method adopted, consists in directly measuring nozzle reactions in a real-life situation, consequently, the achieved results are the true reactions that a fireman should feel while fighting a wildfire. Those results disagree with part of the addressed literature and concede us the opportunity to conclude that the forces acting on the hose and their reactions while contacting with the ground are essential to comprehend nozzle reaction.