Prototipos Apagafuegos

Melchor Duran

Queridos amigos:

Enfrentamos muchos problemas debido al crecimiento sin freno de nuestra Tecnocultura. Uno es el de los incendios forestales especialmente en regiones en peligro de desertización como la mayor parte de España

Miles de millones de palabras se han gastado inútilmente, proponiendo soluciones al problema principalmente políticas, judiciales o de organización.

Pero en nuestra opinión este es un caso donde el poder bruto de la Técnica debe usarse en conjunción con una fina ingieniería.

Como en una guerra de supervivencia o de dominación, donde las más alambicadas Armas se usan como una fuerza asesina y brutal, y su coste ni se tiene en cuenta. Para ello hay que disponer de un arma tan definitiva como la Bomba Nuclear ( con perdón ).

Esto que propongo puede ser tan decisivo como esta pero muy beneficiosa

Melchor Duran

Este proyecto, es el resultado de una larga tormenta mental que un grupo pequeño de ingenieros de I+D, tuvimos en Pantech Energy en Babylon, Long Island, durante los 80’s.
¿Cómo lucharía usted contra un fuego del bosque?.
"Batiendo los arbustos" (Beating the bush, chiste americano) a mano o con máquinas especiales.
Con agua, desde máquinas volantes o desde equipos de tierra.
Con cualquier tipo de agente extintor milagroso.
Con bombas o proyectiles implosivos o explosivos.
Arrojando tierra tomada del sitio con monstruosas máquinas especiales.
Haciendo cortafuegos a una gran velocidad con gigantescas máquinas de tipo de excavadora de 10,000 Hp de potencia o algo así de bestia.
( Llegado a este punto: Incluya Vd aquí su maravillosa idea)

Cada uno de estos métodos tiene el mismo problema serio (Puede que incluyendo el estupendo invento que Vd ya ha pensado): La logística.
Se necesita transportar a lugares normalmente distantes y escabrosos cualquier medio que se quiera usar, sea el agente extintor o el voluminoso equipo necesario.
No hay que olvidar que este problema aparentemente secundario suele ser el decisivo en las guerras.
Si no que se lo hubiesen preguntado a Napoleón o a Hitler tras sus desastrosas Campañas de Rusia.
El posible mejor sistema debería ser aerotransportado o volaría por sí mismo, y el agente extintor debería existir en el lugar en cantidades inagotables. Esto es: EL PROPIO AIRE

Se estudiaron muchos conceptos en detalle, y el que se muestra es de los más avanzados que encontramos.
Por favor recuerde que esto es sólo un Concepto que estimamos con posibilidades reales de ser un ganador.
Predecir el Futuro es imposible, debido a la conducta caótica de los sistemas complejos. Pero si aceptamos una generalización, yo diría que habría sólo dos maneras de resolver este terrible problema de los devastadores Fuegos Forestales.


	1º La máquina que describo, o algo basado en principios similares. 2º O bien: Un sistema de lucha contra incendios corriente, pero con tantos medios de detectar y extinguir incendios que CUALQUIER fuego en CUALQUIER lugar pudiera descubrirse y extinguirse en unos minutos. Esto puede hacerse. Trabajar todo el Invierno en limpiar el Bosque. Muchos proponen un sistema de balsas de agua situadas a pocos Kilómetros entre sí y de capacidad suficiente para apagar el mayor fuego predecible en su área de influencia.

Esto tendría un coste enorme. Y puede que en España no haya ni siquiera agua ni mano de obra para tanto.
También habría que aumentar la flota de helicópteros y aviones hasta un nivel de fiabilidad casi absoluta y como se ha dicho, el sistema de detección ha de ser mejorado hasta conseguir una red sin fisuras (Satélites).
Sólo se necesita la decisión política y social de incurrir en semejante y enorme gasto. Este tipo de Gasto es muy apetecible para los Políticos pues lleva implícita la creación de una Gran Demanda de Mano de Obra poco cualificada, pero incluyendo gran cantidad de puestos directivos.

Pero la invención que proponemos es específicamente una máquina volante diseñada para dominar por sí sola Fuegos Forestales muy grandes sin la ayuda de grandes Operativos. Científicamente muy atractiva pero políticamente casi repelente.
La teoría es simple: La máquina produce unos chorros de aire casi horizontales y muy potentes con una ligera inclinación hacia abajo.
Estos chorros se lanzan contra el viento hacia el frente de llamas y se espera que sean capaces de cambiar la dirección de las llamas hacia atrás, durante el tiempo necesario para quemar una extensión de bosque lo bastante ancha para que el frente "real" no pueda avanzar después, a través del ya quemado terreno.
Pero el luchar directamente contra los frentes grandes, sería excesivo para este tipo de máquinas, aunque se podrían usar en casos especiales, pero NO si se usan para quemar cortafuegos de la anchura necesaria, suficientemente por delante del frente de llamas principal.
Este sistema de prender "contrafuegos" ha sido desechado oficialmente por muchos Países, debido a su proporción de éxitos muy baja en condiciones reales, (No obstante su perfección teórica).
Con esta máquina, sin embargo, el sistema del "Contrafuego" se vuelve prácticamente perfecto.

Como puede verse, tiene un rotor de tipo del helicóptero para conseguir que el sistema sea aerotransportado y tiene bastante sobre potencia para alimentar las 4 hélices operativas.

No se usa rotor de cola, porque se considera que con el ajuste diferencial de las cuatro hélices operativas, más el efecto de los timones, situados en el chorro de aire detrás de las hélices a popa, se obtendría con facilidad el mando necesario. Fíjense que la hélice trasera izquierda es mayor que las otras para producir el necesario antipar al rotor principal.
La manera mejor de resolver el problema de cómo lanzar un potente chorro de aire casi horizontalmente y contra el viento y también sobre un punto fijo en tierra , después de probar un casi infinito número de ideas, hallamos que es la que se expone en la siguiente secuencia.


	1º La máquina debe sostenerse en el aire de una manera estacionaria. Lo lógico es usar un potente rotor de helicóptero. 2º Debemos lanzar un potente chorro de aire contra el viento que no sólo lo detiene sino que lo invierte Esta proposición de invertir la dirección del frente ha sido ya juzgada como imposible por el experto más famoso en propagación de llamas de España. Yo me atrevo a decir que no es tan imposible. Un fuego se dice que está dominado por vientos fuertes cuando son de alrededor de 60Km/h. Vientos superiores son muy raros. Las velocidades peligrosas normales son 40 - 70 Km/h. Estas son manejables con potencias corrientes en el campo de la Aviación. 3º Por supuesto, el aparato se vería empujado hacia atrás, y las primeras pruebas que hicimos, para contrarrestar este problema, se realizaron con diferentes e ingeniosas anclas a tierra, pero la solución que finalmente hallamos y que hizo esta máquina ya atractiva, por ser su maniobrabilidad casi perfecta, fue el uso de hélices de reacción para neutralizar el empuje hacia atrás. 4º Como parece que la manera mejor de atacar un fuego concentrado, que sería nuestro caso, es a base de chorros convergentes, es conveniente usar dos hélices de contraviento sesgadas ligeramente hacia adentro. Por eso al final la Máquina tiene 4 hélices. 5ºEs vital que la máquina que resulte no sea de una potencia exorbitante y que pueda volar muchas horas sobre la zona del Fuego sin repostar combustible o que se la pueda repostar en vuelo. En el caso ideal, dos o más máquinas deberían usarse en cada operación de quemar un cortafuegos. (Contrafuego). O de luchar directamente contra un frente.

Pilotos bien entrenados realizarían indudablemente muy bien esta tarea. El uso de un rotor de helicóptero normal más cuatro hélices independientes facilita el mando inmensamente. Curiosamente al tener hélices en planos verticales, se decidiría que volase como un Autogiro con el rotor principal en giro libre, lo que es mucho más seguro.
Sólo al pararse para la lucha, seria accionado como helicóptero.
Se podría pensar que las hélices de la parte de atrás son innecesarias, porque el propio rotor de levantamiento puede producir un contraviento con un buen empuje, usando la variación del paso cíclico de las palas. (Eso es lo que hacen los helicópteros para oponerse al viento). Pero tengo miedo que no sea bastante y también que sería peligroso.
El flujo de aire que supongo, de una manera completamente imaginaria que tendría lugar según se muestra (Aunque ya he hecho algunos experimentos con modelos de relativamente gran tamaño que demuestran que en la realidad sucede de esta manera).

Esta es la máquina que a mí más me convence, pero cualquier máquina que produzca el mismo perfil de flujos de aire serviría igual.

He aqui una preciosa máquina inventada por un amigo bajo el mismo principio.

(No se puede mostrar la imagen. Se basa en varias hélices sustentadoras y unas superficies deflectoras que producen un flujo más o menos çomo se ve en la figura)
Y ahora la prueba del nueve, el funcionamiento real del sistema.
Se presentan algunos dibujos de calidad más bien mala (Porque no manejo bien los programas gráficos de ordenador)- Sin embargo espero que la idea general se entienda.
No todo aquí es imaginario (De ninguna manera). Se hicieron muchos experimentos, operados a mano por voluntarios heroicos, en fuegos reales de matorral y rastrojos, con resultados, de ninguna manera decepcionantes.
También se construyó y se voló un modelo a 1/8 (Tethered Flight).

Lo importante no es que la Máquina sea como se describe, lo importante es que el flujo sea como se pretende.

EL FUEGO

Un caso especialmente peligroso. Un trozo de frente ha subido por una ladera y al llegar a la cúspide amenaza gravemente una aldea.
En este caso no hay tiempo de hacer un cortafuegos sino que hay que atacar el frente directamente con un mínimo de dos máquinas.

DOS MAQUINAS ESPERAN LISTAS PARA ACTUAR EN LA BASE

El Jefe de Operaciones decide enviar sólo una de las dos máquinas y dejar la otra en reserva pues las probabilidades de fuegos en la Región es muy alta.

UNA DE LAS MÁQUINAS SE ELEVA Y VUELA HACIA EL FUEGO

Al no tener ruedas, ha de levantarse como helicóptero y una vez adquiera la suficiente velocidad de translación ya puede pasar al modo de Autogiro que es más económico y seguro.
El aparato va dirigido por radio desde un Centro Regional de Operaciones.
Va provisto de varias cámaras de vídeo, GPS, y todo lo necesario para la seguridad de vuelo.

LA MAQUINA SE UNE EN VUELO CON OTRA DE OTRA BASE MÁS CERCANA

El Centro de Operaciones ha decidido enviar otra máquina de otra Base debido al aumento del peligro que amenaza la aldea como se puede ver desde el Satélite dedicado a observaciones de Incendios Forestales.
Van volando como Autogiros a una velocidad de 150 Km/h.
Pasan por encima de un gran pantano pero no necesitan el agua para nada.

LAS MAQUINAS LUCHAN DIRECTAMENTE SOBRE EL FRENTE

En el trozo de frente que es atacado las llamas si invierten, aunque el humo ya sin peligro vuelva a una cierta altura a su dirección natural.
Hay que esperar hasta que este trozo se queme lo suficiente como para que ya pueda ser manejado sin peligro por los equipos de tierra ligeros que ya habrían llegado en helicópteros.
Luego las máquinas se mueven hacia la derecha y repiten la operación.
Se puede ver que la Aldea se salvaría.
Pero este sistema de ataque directo tiene el inconveniente de que como el frente sigue avanzando a un lado de la zona sobre la que no se está actuando, la línea de apagado no es perpendicular al viento o sea, paralela al frente, sino que forma un ángulo más o menos acusado según la relación de velocidades de apagado y de avance natural del frente.
Por eso puede que sea interesante usar lanzallamas para avivar el fuego en la zona de actuación.
¿No es extraño?.
En la zona de acción de la o las Máquinas se hace necesario el manejo de de éstas si no son pilotadas por pilotos que, aparte de la visión de las cámaras de vídeo haya un piloto para cada Máquina en un gran helicóptero nodriza que puedan observar la situación desde un punto estratégico.
Este helicóptero llevaría el combustible para repostar las Máquinas, en vuelo o en el suelo, además de un taller de reparaciones urgentes

CREANDO UN CORTAFUEGOS, EL PEOR CASO:

VIENTO MUY FUERTE

No hay problemas para luchar contra los vientos mas intensos pues las modernas hélices producen muy fácilmente las necesarias contravelocidades.
Pero hay un límite que no depende de la potencia de la Máquina.
Con vientos muy fuertes, el humo vuelve a su dirección natural a tan baja altura que puede producir un vórtice haciendo que la Máquina se trague el humo, todavía muy caliente.
La Máquina, si es de combustión interna podría pararse por falta de oxígeno o arder.
Pero incluso con una Máquina con motores eléctricos se produciría un gran descenso de rendimiento de apagado por falta de oxígeno hacia las llamas.
De todas formas se puede ver con simples cálculos que este Límite es muy alto y no hay que preocuparse

Como los fenómenos naturales son caóticos, son naturalmente casi imposibles de ser neutralizados con máquinas automáticas, aquí sería necesario usar el único medio de anti-caos que existe a mano. Eso es: La inteligencia humana.
Esto significa que en todos los casos se usarían equipos de tierra humanos, con todas las máquinas que pudieran necesitar, para resolver cada pequeño problema, que siempre es diferente del anterior.
Estos equipos estarían muy protegidos por los chorros de aire de las máquinas volantes, y en el evento de accidente o averías, podrían retirarse siempre de una manera segura porque lo que se supone que están haciendo, es sólo un fuego preventivo de aproximadamente cincuenta metros de diámetro.
También es necesario acabar definitivamente con el fuego eliminando ascuas, etc.
En cuanto al asunto de que esta máquina es utópica, según el mejor experto en llamas de España , premio "Príncipe de Asturias" que dice que no habría bastante potencia en el Mundo para este artilugio, permítame contestar que, suponiendo un viento natural de 80 Km/h que ya es excepcional e irrealista (Posiblemente a mayor velocidad las llamas ya no se propagan bien), la potencia teórica necesaria sería la siguiente:
Suponiendo que estamos quemando, a propósito, un pedazo de bosque de aproximadamente 50 metros de diámetro y si admitimos árboles de 15 metros de alto, podemos considerar un cilindro de llamas de 50 metros de alto, y así como mínimo tendremos que cancelar la energía del viento en una sección de 50X50 m. E incluso invertirla un poco.

A 80 Km/h = 22 metros por segundo, la potencia del viento es de 6.522 Kw por metro cuadrado de sección de la vena. La sección sería de 50X50 = 2500 m2. Eso es decir que la potencia mínima para detener este viento en este área sería de 6.522X2500 = 16305 Kw, o: 8152 Kw para cada uno de las dos máquinas necesarias.
A esto debemos agregar la potencia de las hélices de contra reacción de la parte de atrás y la del rotor principal de sustentación de la máquina.
Pero por el momento no quiero calcular esto, porque ya se ha demostrado que el asunto NO ES UTOPICO sino únicamente muy, pero que muy impresionante. A mí no me impresiona pues al haber trabajado en la NASA estas potencias me parecen ridículamente pequeñas.

Ya he dicho que he aceptado demasiados supuestos que están en contra de mi sistema.
Las normas comunes de diseño asumen el peor de los casos posibles.
Pero ésa es una práctica obligatoria para un avión, un transatlántico, o un rascacielos, donde hay vidas humanas en juego.
En el caso de los bosques, se puede admitir una probabilidad pequeña de fracaso.
La distribución normal, en un periodo largo de tiempo (70 años) de las velocidades del viento en lugares que no sean muy especiales (Como Tarifa, el sitio más ventoso de España), es la siguiente:

Como se puede ver, el haber escogido para un primer cálculo una velocidad de viento de 22 m/s es absurdo, su probabilidad ni siquiera puede ser apreciada en la curva, de lo pequeña que es. Si multiplicamos esta probabilidad por la probabilidad de que, de hecho, en ese mismo momento haya un fuego. Entonces alcanzamos límites ridículos por lo pequeños .
Escoger la velocidad del viento de diseño para esta Máquina, es una tarea muy difícil, porque tiene demasiados parámetros políticos, económicos y medioambientales y no hay ninguna manera de conseguir un equilibrio bueno entre ellos.
Problemas técnicos al lado, escogeremos por ningún motivo en absoluto, más bien por intuición, 43 Km/h =12 m/s, que todavía es bastante improbable, por demasiado alta. O sea, que su probabilidad todavía es muy baja. En buena Ingeniería se deben usar los casos más adversos, dentro de un límite.
La potencia a esta velocidad es de 1.058 Kw / m2.
El cálculo se haría ahora de esta manera: Potencia necesaria 1.058X2500= 2645 Kw que es lo mismo que: 1322 Kw por máquina, suponiendo que se usen dos máquinas.
A eso es necesario añadir la potencia del aire de las hélices traseras, necesario para estabilizar la máquina.
Eso sería, más o menos de otros 1322 Kw.
Ya tenemos sólo una potencia para la parte contra incendios de la máquina de 2644 Kw, a la que es necesario agregar la potencia del rotor de sustentación Permítasenos imaginar que es la de un helicóptero corriente: 1500 Kw.
En total tendríamos una potencia de 4144 Kw. Eso está dentro de límites razonables. Pero es sólo la potencia teórica necesaria.
La potencia real podría ser 1.5 veces superior o sea: 4144 X 1.5 = 6216 Kw. Que sigue siendo un número razonable. Cualquier avión supera esta potencia.
Aunque la máquina es estacionaria respecto a tierra, de hecho está volando a 43 Km/h.
La potencia adicional para este avance será sin duda pequeña y después de muchas consideraciones aerodinámicas se saca la conclusión de que tiene un carácter similar a la de una resistencia simple al avance y por consiguiente muy pequeña, a esta baja velocidad.
Indudablemente, como todo al final pasa a ser Político, la calidad y prestaciones que se le deben pedir a esta Máquina DEPENDEN DEL PRECIO REAL QUE LE ASIGNEMOS AL BOSQUE.
No se olvide Vd de la potencia gigantesca de un Boeing 747 que quizás no hace más que transportar turistas del sexo a Tailandia. Y se acepta sin protestas.
Naturalmente, en la práctica, estas máquinas serían controladas por radio, o mejor por cables desde un helicóptero madre muy grande

LO PEOR; FUEGO ASCENDENTE EN COLINA

Ningún equipo antifuego se atrevería a luchar contra un fuego en una colina empinada. Especialmente si el viento sopla hacia la colina.
Pero esta máquina extraña podría tener una buena oportunidad, como se muestra en el dibujo.
El rotor principal se inclina alrededor del centro de gravedad de la máquina entera y produce un flujo de aire pendiente abajo.
El funcionamiento no es más peligroso que en una configuración de vuelo normal.
Es justo una materia de Geometría y mecánica de Sólidos y Fluidos, propiamente usadas.
Probablemente esto que se muestra nunca pasaría en la práctica.
Porque, estando esta máquina pensada para hacer cortafuegos por el método del contrafuego, el Jefe de Equipos sobre el terreno, en la mayoría de los casos decidiría hacer los cortafuegos sólo en las cimas de las colinas, sacrificando alguna extensión de bosque.

Continua