Ocenka vlažnosti hvoi sosny obyknovennoj kak faktora požarnoj opasnosti po izmereniû ee dièlektričeskoj pronicaemosti

• Autorzy: Kuzyk A. D. , Tovaryanskiy V. I.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.39.3.2015.9

Warianty tytułu

EN

Fire Hazards Caused by Dielectric Permittivity – Evaluation of Pine Needles Moisture Content

PL

Ocena wilgotności igieł sosny zwyczajnej jako czynnika zagrożenia pożarowego, poprzez pomiar przenikalności elektrycznej

• Języki publikacji: RU

Abstrakty

EN

Aim: To carry out an evaluation of pine needles moisture content, an important factor which contributes to fire hazards as a result of dielectric properties. Such an evaluation facilitates a speedy diagnosis of a fire hazard in pine forests An analysis was performed on the impact of physical and chemical properties of pine needles on the potential fire hazard Introduction: Moisture content of pine needles has an impact on properties associated with fire hazards. Traditional moisture determining methods consume much time and require specialist pre-calibrated measuring instruments and techniques. Therefore, the article proposes a method of evaluating pine needles moisture content, based on dielectric permittivity principles, expressed by the capacitance of a capacitor containing pine needles located between its plates. Project and methods: Experimental studies of dry pine needles were performed in a laboratory. Pine needles were stored at the constant air temperature of 20 ± 1°С and relative humidity of 46 ± 2% until uniform moisture content was achieved. Subsequently, the pine needles were dried for 2 hours, in an oven, at a temperature of 100 ± 5°C. The moisture content of pine needles was determined for each day of research by weighing , using laboratory scales. The dielectric permittivity of pine needles was evaluated with the aid of a flat capacitor, by placing a specified number of pine needles between its plates. This capacitor was connected to a capacitance measuring device . Statistical analysis methods and corresponding software were used for data processing. Results: Dielectric permittivity changes were mapped using changes to the capacitor’s capacitance, with pine needles located between its plates. Identified the dependence relationships between moisture content of pine needles and drying time, as well as capacitance of the capacitor containing pine needles and drying time. Capacitance is proportional to dielectric permittivity, therefore, dielectric permittivity falls in parallel with a decrease in moisture content. Using regression analysis, linear and polynomial trends were identified , describing the dependence relationship between moisture content of needles and capacitance. Direct quantification of dielectric permittivity of pine needles is complicated by the presence of air among pine needles located between plates. Therefore diagnosis of a fire hazard should be performed using capacitance of a capacitor with pine needles between its plates rather than dielectric permittivity. Conclusions: Evaluation of pine needles moisture content, with pines located between the plates of a capacitor, has an impact on the capacitor’s capacity, which facilitates a speedy prediction of fire hazard levels.

PL

Cel: Przeprowadzenie oceny wilgotności igieł sosny zwyczajnej, jednego z ważnych czynników zagrożenia pożarowego, na podstawie ich właściwości elektro-fizycznych, która umożliwi szybką diagnostykę zagrożenia pożarowego w lasach sosnowych; przeanalizowanie wpływu fizycznych i chemicznych właściwości igieł na stopień zagrożenia pożarowego. Wprowadzenie: Wilgotność igieł sosny zwyczajnej wpływa na ich właściwości pożarowe. Ponieważ tradycyjne metody określania stopnia wilgotności wymagają znacznego nakładu czasu lub odpowiednich i precyzyjnych narzędzi oraz sposobów ich użycia, w artykule zaproponowana została metoda oceny wilgotności igieł sosny zwyczajnej na podstawie przenikalności elektrycznej, wyrażonej w pojemności kondensatora z igłami sosny umieszczonymi między jego okładkami. Projekt i metody: Badania eksperymentalne wysuszonych igieł były prowadzone w laboratorium. Igły sosny były przechowywane w pomieszczeniu o temperaturze 20 ± 1°С i względnej wilgotności powietrza 46 ± 2% aż do uzyskania zrównoważonej wilgotności. Następnie igły umieszczono na 2 godziny w suszarce w temperaturze 100 ± 5°C do osiągnięcia stanu całkowicie suchego. Każdego dnia badań wartość wilgotności wyliczano poprzez ważenie igieł z wykorzystaniem wag laboratoryjnych. Przenikalność elektryczną oceniano na podstawie pojemności płaskiego kondensatora, pomiędzy okładki którego umieszczono określoną ilość igieł. Kondensator był podłączany do miernika pojemności. W celu przetwarzania wyników wykorzystano metody analizy statystycznej i odpowiednie oprogramowanie. Wyniki: Wraz ze zmianą przenikalności elektrycznej następowały zmiany pojemności kondensatora, w którym znajdowały się igły rozłożone między okładkami. Otrzymano zależność między wilgotnością igieł a czasem suszenia oraz pojemnością kondensatora z igłami między okładkami a czasem suszenia. Pojemność kondensatora odpowiadała proporcjonalne przenikalności elektrycznej, wskazując, że stała dielektryczna zmniejsza się jednocześnie z wilgotnością. Wykorzystując elementy analizy regresyjnej, otrzymano liniowe i wielomianowe modele empiryczne opisujące zależności między wilgotnością igieł sosny a pojemnością kondensatora. Określenie bezpośrednio przenikalności elektrycznej igieł jest utrudnione, ponieważ pomiędzy okładkami poza igłami znajduje się również powietrze. W związku z tym do przeprowadzenia szybkiej diagnostyki bezpieczeństwa pożarowego zamiast przenikalności elektrycznej autorzy rekomendują wykorzystanie wartości pojemnościowej kondensatora z igłami. Wnioski: Wilgotność igieł sosny zwyczajnej ma wpływ na pojemność kondensatora, w którym są one rozłożone. Ta zależność umożliwia ocenę stopnia zagrożenia pożarowego.

Słowa kluczowe

EN

fire hazard; pine needles; moisture; capacitor capacitance; Scots pine; dielectric permittivity

PL

zagrożenie pożarowe; igły; wilgotność; pojemność kondensatora; sosna zwyczajna; przenikalność elektryczna otoczenia

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 3
• Strony: 111--117
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kuzyk A. D.

• Lviv State University of Life Safety, Ukraine

autor

Tovaryanskiy V. I.

• Lviv State University of Life Safety, Ukraine

Bibliografia

• [1] Melekhov I. S., Lesnyye pozhary i bor’ba s nimi, Severnoye krayevoye izd-vo, Аrkhangel’sk, 1935.
• [2] Gosudarstvennoye agentstvo lesnykh resursov Ukrainy., Lesa Ukrainy, Karta lesov Ukrainy [electr. doc.], http://dklg.kmu.gov.ua/forest/control/uk/publish/article?art_id=33506&cat_id=32867, [accessed: 03.06.2014]
• [3] Svyrydenko V.E., Babich O.G., Shvydenko А.Y., Lesnaya pirologiya, Аgropromvydav Ukrainy, Kiyev, 1999.
• [4] Ivanov M.А., Khimiya drevesiny i tsellyulozy, Lesnaya promyshlennost’, Moskva, 1982.
• [5] Biley P.V., Sushka i zashchita drevesiny, izdatel’stvo L’vovskogo natsional’nogo lesotekhnicheskogo universiteta Ukrainy, L’vov, 2008.
• [6] Afzal A., Estimation of leaf moisture content by measuring the capacitance, “J. Agr. Sci. Tech.” Vol. 12, 2010, pp. 339–346.
• [7] Stevens W.R., Stickel on the measurement and interpretation of forest-fire weather in the Western Adirondacks, “Monthly Weather Review”, January, 1932, p. 25.