Autor: Teodorio Arão Santos de Oliveira
Engenheiro de Segurança contra Incêndio e Pânico
(71) 99237-2739
Em um incêndio, um dos componentes resultantes da combustão é a fumaça.
A fumaça pode ser definida como uma mistura complexa de sólidos em suspensão, vapores e gases, desenvolvida quando um material sofre o processo de pirólise (decomposição por efeito do calor) ou combustão.
Os componentes desta mistura têm grande influência sobre as pessoas e seu comportamento, ocasionando entre vários efeitos, a dificuldade de visibilidade, desorientação, pânico, intoxicação, asfixia e até a morte.
Estudos demonstram que a fumaça tem maior perigo para as pessoas do que propriamente a ação das chamas e do calor em um incêndio. Estatísticas comprovam que a maior parte das mortes em um incêndio são causadas pela asfixia e intoxicação provenientes da fumaça.
Diante destas consequências danosas que a fumaça impõe ao ser humano em um incêndio, torna-se necessário o estudo do seu comportamento e técnicas de controle.
Em segurança contra incêndio, a ventilação e o controle de fumaça são conceitos diferenciados.
A ventilação busca a movimentação do ar, seja de forma natural ou mecânica, visando à retirada e/ou fornecimento de ar em um ambiente, com o objetivo de renovação de ar. Seus conceitos estão mais voltados ao conforto térmico, à saúde e segurança ocupacional do homem e ao controle das condições físicas de um ambiente.
Já o Controle de Fumaça, de forma diferente, busca: a manutenção de um ambiente seguro durante o tempo necessário para abandono do local sinistrado; o controle e redução da propagação de gases quentes e fumaça entre a área incendiada e áreas adjacentes ao incêndio; e a previsão de condições dentro e fora da área incendiada que irão auxiliar nas operações de busca e resgate de pessoas.
Seus conceitos estão mais voltados ao estudo da combustão dos materiais, à formação da chama, aos mecanismos de entrada de ar e à formação da fumaça, às técnicas em se manter a camada de fumaça em uma determinada altura de projeto e à contenção e extração da fumaça na área incendiada.
A condição de ventilação para edificações em caso de incêndio está condicionada as exigências especiais para subsolos e prédios sem janelas, que por conceito estabelece que tais áreas, sem acesso direto ao exterior e sem janelas devem ser providas de meios que permitam a ventilação local, conforme a legislação paulista em decorrência da aplicação da ABNT NBR 9077.
O Controle de Fumaça surgiu em decorrência de um estudo solicitado por uma montadora de veículos em 1953, visando minimizar os danos causados por um incêndio em uma de suas fábricas. Este estudo foi elaborado e publicado no Reino Unido, servindo como base científica para desenvolvimento das teorias atuais de controle de fumaça.
Para entender como aplicar os conceitos de controle de fumaça, duas situações devem ser estudadas: o mecanismo de produção de fumaça e a aplicação do controle de fumaça no ambiente a ser protegido.
O mecanismo de formação de fumaça é composto de: combustível, chama, entrada de ar, coluna de fumaça, a camada de fumaça e a altura livre da camada de fumaça, conforme visto na Figura 1.
Todos os componentes que compõe o mecanismo de fumaça interagem entre si, assim quando se tem o foco de incêndio em um ambiente fechado, os materiais sólidos ao se aquecerem liberam gases quentes e vapores inflamáveis, que podem ser mais ou menos densos, de acordo com a temperatura do ambiente.
Este material em combustão, como está em decomposição e aquecido, forma uma coluna de gases quentes, vapores e fumaça (plume), que possuem uma força de flutuação com movimento ascensional em direção ao teto do ambiente.
Estes gases se acumulam junto ao forro e se espalham formando a camada de fumaça.
Ao se propor o Controle de Fumaça, todo este processo deve ser considerado no dimensionamento. Assim, deve-se permitir que a camada de fumaça seja formada e mantida junto ao teto em uma determinada altura, seja controlado o tamanho da fonte de calor e seja mantido este processo de queima, controlando-se a entrada de ar e a respectiva extração da fumaça, conforme visto na Figura 2.
Quanto a aplicação do controle de fumaça no ambiente a ser protegido, as edificações devem ser dotadas de meios de controle de fumaça, que promovam a extração (mecânica ou natural) dos gases e da fumaça do local de origem do incêndio, controlando a entrada de ar (ventilação) e prevenindo a migração de fumaça e gases quentes para as áreas adjacentes não sinistradas. A contenção da camada de fumaça pode ser vista na Figura 3.
Para se obter um controle de fumaça eficiente, as seguintes condições devem ser estabelecidas:
a) divisão dos volumes de fumaça a extrair por meio da compartimentação de área (ou pela previsão de área de acantonamento), conforme visto na Figura 4;
Figura 4 – Barreira de fumaça/Fonte: Instituto Sprinklers
b) extração adequada da fumaça, não permitindo a criação de zonas mortas (Figura 5) onde a fumaça possa vir a ficar acumulada, após o sistema entrar em funcionamento;
c) permitir um diferencial de pressão, por meio do controle de aberturas de extração de fumaça da zona sinistrada, e fechamento das aberturas de extração de fumaça das demais áreas adjacentes à zona sinistrada, conduzindo a fumaça para as saídas externas ao edifício, conforme visto na Figura 6.
O controle de fumaça pode ser obtido por meios naturais ou mecânicos.
Entende-se por meios naturais a previsão de aberturas e janelas abertas para a parte exterior da edificação, e por meio mecânico, entende-se a previsão de instalações mecânicas de extração de fumaça (dutos, ventiladores etc.).
A escolha do sistema a ser adotado fica a critério do projetista, desde que atenda as condições técnicas prescritas nas normas e instruções técnicas que tratam do assunto.
Ao se prever um sistema de controle de fumaça tem os seguintes objetivos a serem atingidos:
- quanto ao salvamento de pessoas:
– O local de incêndio fica mais acessível aos meios de socorro;
– A intervenção dos bombeiros se torna mais rápida;
– Os riscos de explosão ficam reduzidos;
– Os sinistros se propagam mais lentamente;
– As temperaturas geradas pelo incêndio são menos elevadas;
– As saídas de emergência ficam visíveis; e
– Os gases tóxicos que provocam a asfixia são reduzidos.
- quanto à proteção de bens:
– Diminuição da temperatura e prevenção do flashover;
– Atraso na propagação do incêndio;
– Localização do foco do incêndio e melhoria da rapidez no ataque ao incêndio;
– Redução do risco de desmoronamento das estruturas;
– Redução da atividade com maior rapidez.
O controle de fumaça em edifícios térreos pode ser obtido por meio natural ou mecânico. Normalmente, o sistema de controle de fumaça natural é o mais aplicado.
Este tipo de controle de fumaça é baseado na aplicação de tabelas predeterminadas, que indicam o percentual de aberturas a serem previstas no teto/parte superior da edificação, destinadas à extração de fumaça, bem como a previsão de aberturas na mesma proporção da extração, localizada na parte inferior, destinadas à entrada de ar.
Estas tabelas estão divididas com base em uma classificação da atividade da edificação/risco de incêndio conforme a IT 15-1/2019 (São Paulo).
O Controle de Fumaça em edifícios térreos tem como objetivo:
- manter a camada de fumaça em determinada altura;
- conter a camada de fumaça em uma área de acantonamento;
- prever aberturas de fumaça junto ao teto;
- prever entrada de ar na parte junto ao piso.
As tabelas predeterminadas levam em consideração:
a) altura de referência;
b) altura livre de fumaça;
c) a face inferior da camada de fumaça; e
d) percentual de abertura a ser considerado.
Os aspectos a serem considerados no Projeto de Controle de Fumaça podem ser vistos na Figura 7.
Importante salientar que na escolha do Sistema de Controle de Fumaça a ser instalados, equipamentos com grelhas, venezianas, exaustores (Figura 10), atuadores etc., devem ser especificados para este fim, e possuir ensaios em laboratórios. Além dos citados, os ventiladores (Figura 8) e os dutos (Figura 9) também compõem o Sistema de Controle de Fumaça e devem realizar o mesmo procedimento de especificação e ensaios em laboratórios.
Figura 9 – Dutos para Sistema de Fumaça/Fonte: Instituto Sprinklers
Figura 10 – Exaustores de Controle de Fumaça natural/Fonte: Instituto Sprinklers
De forma diferenciada, o controle de fumaça mecânico possui outros métodos para o seu dimensionamento. Este dimensionamento pode ser obtido por meio das seguintes aplicações: modelo em escala, modelo algébrico e modelo de dinâmica de fluidos computacional (CFD).
O modelo em escala atua usando escala física reduzida seguindo regras estabelecidas, no qual testes em pequena escala são conduzidos para determinar os requisitos e aptidões do sistema de controle de fumaça a ser projetado.
O modelo algébrico são equações fechadas derivadas primariamente da correlação de resultados experimentais de grandes e pequenas escalas.
O modelo de dinâmica de fluidos computacional (CFD) utiliza softwares especiais, modelando o espaço e usando teorias e valores para estimar as condições que irão ocorrer neste espaço.
O modelo algébrico faz parte de normas e instruções técnicas, e aplicam fórmulas que consideram:
a) o tamanho do incêndio;
b) a taxa de liberação de calor a ser considerado no incêndio;
c) o tempo de acionamento do sistema;
d) a profundidade e altura da camada de fumaça;
e) a altura da chama a ser considerada; e
f) a temperatura da camada de fumaça.
Com a aplicação de fórmula pode-se obter a massa de fumaça a ser extraída e, consequentemente, as vazões dos ventiladores que irão proporcionar a extração da fumaça.
Quanto à previsão de dutos, atuadores e outros componentes que fazem parte do sistema, estes são dimensionados utilizando conceitos HVAC (Heat, Ventilation and Air Conditioning), ou seja, AVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado), respeitando regras específicas para emprego destes componentes quando submetidos a altas temperaturas.
O controle de fumaça em átrios tem normalmente como objetivo extrair a fumaça formada na base do átrio e impedir que ele migre para as suas áreas adjacentes, conforme visto na Figura 11.
Figura 11 (b) – Exemplo de Controle de Fumaça em Átrios/Fonte: Instituto Sprinklers
De forma natural, é obtido com a previsão de aberturas localizadas na parte superior do átrio, acionadas por meio de um sistema de detecção.
De forma mecânica, o controle da fumaça é obtido com a previsão de dutos ou exaustores mecânicos localizados na parte superior do átrio,
O dimensionamento também pode ocorrer por diferentes métodos.
Algumas normas e instruções técnicas criaram padrões de dimensões de átrios e para estes padrões criaram regras de extração de fumaça predeterminadas (Exemplo: INSTRUCTION TECHNIQUE Nº 263, relative à la construction et au désenfumage des volumes libres intérieurs dans les établissements recevant du public).
Outras normas possuem dimensionamentos mais complexos, utilizando método algébrico ou de modelagem, tais como a NFPA 92B – Guide for Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large Areas – Estados Unidos.
Seja de forma natural ou mecânica, alguns cuidados devem ser observados na elaboração de um projeto:
- Verificar que o plume de fumaça tenha ascensão e que alcance a parte superior do átrio, tendo em vista a possibilidade de ocorrer o resfriamento da fumaça e, consequentemente, sua estratificação, podendo se acumular na parte intermediária do átrio, não alcançando a parte superior dele;
- Prever barreiras de fumaça nas aberturas laterais do átrio, de modo que impossibilite que a fumaça no seu interior migre em direção às áreas adjacentes a este espaço, canalizando a fumaça para a parte superior onde ventiladores e exaustores devem estar projetados.
A modelagem do controle de fumaça em átrios pode ser visto na Figura 12.
O controle de fumaça das áreas adjacentes ao átrio deve ser tratado de forma similar a um controle de fumaça em espaços horizontais.
Eventualmente, pode-se fazer a extração de fumaça das áreas adjacentes pelo próprio espaço do átrio, desde que seja utilizado o método que utilize a modelagem computacional em seu dimensionamento e desde que submetido a uma aprovação especial.
O Controle de Fumaça em rotas de fuga consiste em prever esse sistema em corredores horizontais que dão acesso às saídas de emergências, tais como portas e escadas, conforme visto na Figura 13.
Esse tipo de sistema tem como objetivo manter a camada de fumaça proveniente dos espaços adjacentes junto ao teto, criando um espaço livre da ação da fumaça que possibilite que as pessoas caminhem até atingir as saídas de emergência seguras (portas e escadas de emergência).
Por princípio, busca que volumes de ar entrem por aberturas localizadas próximas às saídas e prevê a instalação de grelhas/exaustores de fumaça em lado oposto às saídas das pessoas. Este princípio possibilita a criação de um fluxo de ar limpo que favorece a saída das pessoas e que faz com que a fumaça migre em sentido oposto à saída delas.
As normas possibilitam a utilização de extração natural ou mecânica, e o seu dimensionamento considera a largura destes corredores.
O subsolo é um ambiente em que o sistema de controle de fumaça é bastante utilizado. Tudo devido ao fato de que estes espaços confinados, em caso de incêndio, acumulam os gases quentes e fumaça, provenientes de um incêndio, em sua totalidade, e não possibilitam a troca de ar com o ambiente externo.
Nestes casos, tanto a extração de fumaça quanto a entrada de ar devem ser do tipo mecânico.
O princípio de funcionamento é o mesmo exposto anteriormente, ou seja, estabelecer uma altura da camada de fumaça junto ao teto, permitir a entrada de ar junto ao piso próximo às saídas e prever grelhas de exaustão junto ao teto e em lados opostos as saídas.
Todos os sistemas de controle de fumaça buscam um ponto de equilíbrio, por um determinado tempo, favorecendo a saída das pessoas, entre o volume de fumaça formado e extraído e o volume de entrada de ar no ambiente. O Controle de Fumaça em subsolo pode ser visto na Figura 14.
O Controle de Fumaça envolve dispositivos que promovem a extração (mecânica ou natural) dos gases e da fumaça do local do incêndio, controlando a entrada de ar (ventilação) e prevenindo a migração de fumaça e gases quentes para as áreas adjacentes ainda não atingidas pelo incêndio.
É feito basicamente por meio de duas providências: pela introdução de ar, que pode ser mecânica ou natural, e pela extração da fumaça, normalmente mecânica, por meio de equipamentos e dispositivos, mas também natural.
Em síntese, o que se pretende num sistema de controle de fumaça é estabilizar a camada de fumaça em uma determinada altura, possibilitando que as pessoas possam sair em segurança ou a brigada de incêndio possa atuar para o resgate de vítimas e para o controle e extinção do incêndio.
O Controle de Fumaça, a exemplo de qualquer outra medida de segurança contra incêndio, deve fazer parte de uma abrangente gestão da proteção contra incêndio de uma edificação, que envolve a instalação correta do sistema, a previsão de medidas de manutenção e de testes periódicos/inspeções de seus componentes, que devem ser mantidos de acordo com as recomendações dos fabricantes e requisitos de projeto. As informações de operação básica e manutenção do sistema estão relatadas nos manuais e instruções do fabricante, o qual o proprietário deve ter acesso.
Os testes periódicos, incluso na manutenção, precisa ser realizado em todos os equipamentos, como sistema de acionamento, ventiladores, obturadores e controle dos diversos componentes do sistema.
A frequência de teste deve ser semestral e realizada por profissionais que possuam conhecimento da operação, funcionamento do teste e manutenção dos sistemas, bem como a devida responsabilidade técnica registrada junto ao Conselho Profissional.
Torna-se necessária a emissão de relatórios específicos, como a realização dos testes (relatados no Relatório de Inspeção), que devem ser mantidos na edificação para exibição por ocasião de fiscalizações, caso contrário o sistema pode ser considerado como ineficiente.
E por fim, por meio de uma constante manutenção e testes de funcionamento é que se obtém a confiabilidade do sistema.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Bureau d’etude sécurité incendie, Instruction technique 263: relative à la construction et au désenfumage des volumes libres intérieurs dans les établissements recevant du public. França: batiss, 20013.5. Assemblée plénierè des sociétés d’assurances dommages. R17: règle d’installation – exutoires de fumées et de chaleur. França: CNPP, 2000.
NFPA, National Fire Protection Association, NFPA 92B: Guide for Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large Areas, Boston: NFPA, 2009 edition.
SÃO PAULO, Corpo de Bombeiros, Instrução Técnica nº 15: Controle de fumaça, 2001.
___Instrução Técnica nº 15: Controle de fumaça – Parte 1 – Regras gerais, 2019.
___Instrução Técnica nº 15: Controle de fumaça – Parte 2 – Conceitos, definições e componentes do sistema, 2019.
___Instrução Técnica nº 15: Controle de fumaça – Parte 3 – Controle de fumaça natural em edificações comerciais, industriais e depósitos, 2019.
___Instrução Técnica nº 15: Controle de fumaça – Parte 4 – Controle de fumaça natural demais ocupações, 2019.
___Instrução Técnica nº 15: Controle de fumaça – Parte 5 – Controle de fumaça mecânico, 2019.
___Instrução Técnica nº 15: Controle de fumaça – Parte 6 – Controle de fumaça em rotas de fuga horizontais protegidas e subsolos, 2019.
___Instrução Técnica nº 15: Controle de fumaça – Parte 7 – Átrios, 2019.
___Instrução Técnica nº 15: Controle de fumaça – Parte 8 – Aspectos de segurança, 2019.
SPRINKLERS, Instituto. Fundamentos de Segurança contra Incêndio em Edificações – Proteção Passiva e Ativa, Controle de fumaça, Daniel de Oliveira Franco e Marcos Monteiro de Faria 103-119, São Paulo, 2019.
