Exemplos práticos de controle de fumaça dimensionados para ocupações de hotel e depósito de risco alto, conforme estabelecido na IT 15, parte 5 do Corpo de Bombeiros Militar INBEC Pós-Graduação

Neste artigo, iremos explorar detalhadamente o cálculo do controle de fumaça, abordando aspectos como o tempo necessário para a fumaça atingir a altura de projeto, o cálculo da altura da chama, a determinação da massa de fumaça, o dimensionamento da vazão volumétrica para extração de fumaça, o cálculo da vazão de ventilação para entrada de ar fresco, e as vazões finais adotadas, tudo de acordo com as diretrizes estabelecidas na IT 15. Esses cálculos serão aplicados em dois contextos específicos de ocupações, permitindo uma compreensão prática e direcionada do tema abordado

A Importância do Controle de Fumaça

Quando um incêndio irrompe, a fumaça é uma das ameaças mais insidiosas e mortais. Ela se espalha rapidamente, prejudicando a visibilidade, dificultando a respiração e, em última instância, contribuindo para a tragédia. É nesse cenário que o controle de fumaça entra em ação como uma estratégia crítica na proteção contra incêndios.

Salvando Vidas

O controle de fumaça desempenha um papel fundamental na segurança das pessoas em um edifício em chamas. Evitar que a fumaça se espalhe para áreas não afetadas, como rotas de evacuação, é essencial para permitir uma evacuação segura.

Extrator natural de fumaça

Dispositivo instalado na cobertura ou fachada de um edifício, suscetível de abertura automática em caso de incêndio permitindo a extração da fumaça para o exterior por meios naturais.

Extrator mecânico de fumaça (ventiladores de extração)

Dispositivo instalado em um edifício, acionado automaticamente em caso de incêndio, permitindo a extração de fumaça para o exterior por meios mecânicos.

Protegendo a Propriedade

Além de ameaçar vidas, a fumaça corrosiva pode causar danos significativos a equipamentos e infraestrutura. O controle adequado da fumaça ajuda a limitar esses danos, reduzindo custos de reparo e perda de propriedade.

Estratégias-Chave de Controle de Fumaça

Como Engenheiro especialista em proteção contra incêndio, é essencial compreender e aplicar as principais estratégias de controle de fumaça:

1. Compartimentação

A compartimentação envolve a divisão de um edifício em compartimentos resistentes ao fogo. Isso impede a propagação da fumaça e do fogo, proporcionando tempo valioso para a evacuação e o combate ao incêndio.

2. Ventilação Controlada

A ventilação controlada é um mecanismo eficaz para gerenciar a fumaça. Ela envolve a exaustão planejada da fumaça de áreas afetadas pelo incêndio e a manutenção de pressão negativa nessas áreas para evitar a disseminação da fumaça.

3. Barreiras Resistentes ao Fogo

Portas corta-fogo, paredes resistentes ao fogo e pisos à prova de fumaça são elementos-chave da compartimentação que impedem a passagem da fumaça e do fogo de um espaço para outro.

4. Sistemas de Exaustão de Fumaça

Esses sistemas utilizam exaustores para remover a fumaça de áreas afetadas pelo incêndio, direcionando-a para o exterior do edifício.

5. Pressurização de Escadas

Em edifícios altos, a pressurização das escadas é uma estratégia crucial. Isso impede que a fumaça entre nas escadas, mantendo-as como rotas de evacuação seguras.

Tecnologias Modernas de Controle de Fumaça

O avanço tecnológico tem proporcionado soluções mais eficazes para o controle de fumaça, incluindo:

1. Sistemas de Gerenciamento Inteligente

A automação desempenha um papel crescente no controle de fumaça. Sistemas de gerenciamento inteligente podem ajustar dinamicamente os sistemas de controle de fumaça com base nas condições do incêndio.

2. Sensores de Fumaça e Temperatura

Sensores avançados podem detectar a presença de fumaça e mudanças de temperatura, acionando automaticamente sistemas de controle de fumaça quando necessário.

3. Simulação de Fumaça

A simulação de fumaça por meio de modelos computacionais ajuda na otimização de sistemas de controle de fumaça, permitindo a visualização de cenários de incêndio e a avaliação do desempenho do sistema.

A seguir, serão realizados os seguintes cálculos de controle de fumaça, de acordo com as diretrizes estabelecidas na IT 15, Parte 5 do Corpo de Bombeiros Militar de São Paulo: determinação do tempo necessário para a fumaça atingir a altura de projeto, cálculo da altura da chama, determinação da massa de fumaça, dimensionamento da vazão volumétrica para extração de fumaça, cálculo da vazão de ventilação para entrada de ar fresco e definição das vazões finais adotadas.

EXEMPLO 1:

DADOS DE PROJETO DE UM HOTEL

HOTEL

Uso

HOTEL

Divisão

B-1

Regulamento Seg. Contra Inc.

Risco (carga de incêndio)

Risco médio

IT-14

Com Sist. de SPK

sim

Com Sist. de Detecção

sim

Comprimento do Piso

25,00

Largura do Piso

25,00

Altura (pé direito) (H)

3,5

Área (acantonamento 1)

625

Obs.: Máx. 1600 m²

Volume

2187,50

Tamanho do incêndio

4 x 4

Tab. 10

(escolher)

Perímetro

Tab. 10

(escolher)

Área do incêndio (A)

Tab. 10

(escolher)

Há estocagem?

NÃO

Altura de estocagem (h estoque)

Dimensão do Inc A x (h estoque)

considerar a altura de armazenamento

Taxa Unitária de liberação de calor (Q1)

500

KW/m2

Tab. 11

Taxa Total de liberação de calor (Q) (multiplicar por h estoque qdo houver) (Q) = (Q1) x A

8000

KW/m2

Fogo estável

Altura de projeto da camada de fumaça acima do piso em metros (z)

2,2

DIMENSIONAMENTO

1) TEMPO PARA A FUMAÇA ATINGIR A ALTURA DE PROJETO (EQUAÇÃO 1 da IT-15 P5):

Onde:

z = altura de projeto da camada de fumaça acima do piso (m)

H = altura do teto acima da base do fogo (m)

t = tempo (segundos)

Q = taxa de liberação de calor de fogo estável (kW)

A = área do acantonamento (m2).

A/H2 pode variar de 0,9 a 14 e valores de z/H ≥ 0,2

z/H

0,63

Q1/3

20,00

H4/3

5,31

A/H2

51,02

(Q1/3 / H4/3 / (A/H2))

0,07

(1,11- z/H)/0,28

1,72

e ((1,11- z/H)/0,28)

5,58

Tempo para a fumaça atingir a altura de projeto (tempo máximo para acionamento dos sistemas)

segundos

2) CÁLCULO DA ALTURA DA CHAMA (EQUAÇÃO 2 da IT-15 P5):

z1 = 0,166 Qc2/5

Onde:

z1 = limite da altura da chama em relação ao piso (m)

Qc = porção convectiva da taxa de liberação de calor (kW)

(adotar 70% de Q)

Qc (porção convectiva (70%) de Q)

5600

z1 (limite de elevação da chama)

5,24

3) CÁLCULO DA MASSA DE FUMAÇA (EQUAÇÃO 3 OU 4 da IT-15 P5):

adotar a Eq 3 caso a altura da camada de fumaça (z) for superior à altura da chama (z1), ou seja, (z > z1)

adotar a Eq 4 caso a altura da camada de fumaça (z) for igual ou inferior à altura da chama (z1), ou seja, (z ≤ z1)

Eq (3): m = 0,071 Qc1/3 z5/3 + 0,0018 Qc (z > z1)

Eq (4): m = 0,032 Qc3/5 z (z ≤ z1)

Onde:

m = vazão mássica da coluna de fumaça para a altura z (kg/s)

z = altura de projeto da camada de fumaça acima do piso

z1 = altura da chama em relação ao piso

Qc = porção convectiva da taxa de liberação de calor, adotar 70% da taxa de liberação de calor (Q) (kW)

2,20

5,24

Como (z ≤ z1) adotar a Eq. 4

Pela Eq. 3

(m)

14,77

kg/s

Pela Eq. 4

(m)

12,49

kg/s

Vazão mássica adotada (m)

(m)

12,49

kg/s (adotar Eq 4 neste caso)

4) CÁLCULO DA VAZÃO VOLUMÉTRICA DE EXTRAÇÃO DE FUMAÇA (EQ. 5 da IT-15 P5):

Ve = m/ρ

Onde

Ve = vazão de extração de fumaça em m³/s

m = vazão mássica em Kg/s

ρ = densidade da fumaça em Kg/m³ :

fumaça a uma temperatura de 300°C (s/ spk) valor fixo

( ρ )

0,55

kg/m3

fumaça a uma temperatura de 70°C (c/ spk) valor fixo

( ρ )

0,92

kg/m3

Vazão a 300°C (s/ spk)

(Ve)

22,71

m3/s

Vazão a 70°C (c/ spk)

(Ve)

13,57

m3/s

Adotar coef. de segurança (25%) - item 11.16.2 da IT-15:

Vazão a 300°C (s/ spk) - com +25%

(Ve)

28,38

m3/s

Vazão a 70°C (c/ spk) - com +25%

(Ve)

16,97

m3/s

Vazão de extração adotada (Ve) (com spk - escolher a célula)

(Ve)

16,97

m3/s

Velocidade no duto

m/s

Área do duto

1,13

(Ve)

61081,57

m3/h

Velocidade no duto

m/s

Área do duto

1,13

5) CÁLCULO DA VAZÃO DE VENTILAÇÃO (ENTRADA DE AR FRESCO):

Vazão de ventilação (Vv) será:

De forma natural = mesmo valor da extração - Vv = Ve

De forma mecânica = 60% da extração (item 11.22.1 letra "b") = Vv = 0,6 x Ve

Vv - se introdução for natural - item 11.22.1 letra "a" da IT15

Vv a temperatura de 300°C (s/ spk) - Vv = Ve

28,38

m3/s

Vv a temperatura de 70°C (c/ spk) - Vv = Ve

16,97

m3/s

Vv se introdução for mecânica - item 11.22.1 letra "b" da IT15

fumaça a uma temperatura de 300°C (s/ spk) - Vv = 0,6 x Ve

17,03

m3/s

fumaça a uma temperatura de 70°C (c/ spk) - Vv = 0,6 x Ve

10,18

m3/s

Vazão de entrada de ar adotada (Vv) com spk

(Vv)

10,18

m3/s

(Vv)

36648,94

m3/h

6) VAZÕES FINAIS ADOTADAS:

(considerando sistemas mecânico e com Spk)

Vazão de extração adotada (Ve) =

16,97

m3/s

Vazão de entrada adotada (Vv) =

10,18

m3/s

EXEMPLO 2:

DADOS DE PROJETO DE UM DEPÓSITO DE RISCO ALTO

Uso

depósito

Divisão

Regulamento Seg. Contra Inc.

Risco (carga de incêndio)

Risco alto

IT-14

Com Sist. de SPK

sim

Com Sist. de Detecção

sim

Comprimento do Piso

20,00

Largura do Piso

50,00

Altura (pé direito) (H)

Área (acantonamento 1)

1000

Obs.: Máx. 1600 m²

Volume

6000,00

Tamanho do incêndio

6 x 6

Tab. 10

(escolher)

Perímetro

Tab. 10

(escolher)

Área do incêndio (A)

Tab. 10

(escolher)

Há estocagem?

SIM

Altura de estocagem (h estoque)

Dimensão do Inc A x (h estoque)

144

considerar a altura de armazenamento

Taxa Unitária de liberação de calor (Q1)

720

KW/m2

Tab. 11

Taxa Total de liberação de calor (Q) (multiplicar por h estoque qdo houver) (Q) = (Q1) x A

103680

KW/m2

Fogo estável (depósito) x h

Altura de projeto da camada de fumaça acima do piso em metros (z)

4,5

DIMENSIONAMENTO

1) TEMPO PARA A FUMAÇA ATINGIR A ALTURA DE PROJETO (EQUAÇÃO 1 da IT-15 P5):

Onde:

z = altura de projeto da camada de fumaça acima do piso (m)

H = altura do teto acima da base do fogo (m)

t = tempo (segundos)

Q = taxa de liberação de calor de fogo estável (kW)

A = área do acantonamento (m2).

A/H2 pode variar de 0,9 a 14 e valores de z/H ≥ 0,2

z/H

0,75

Q1/3

46,98

H4/3

10,90

A/H2

27,78

(Q1/3 / H4/3 / (A/H2))

0,16

(1,11- z/H)/0,28

1,29

e ((1,11- z/H)/0,28)

3,62

Tempo para a fumaça atingir a altura de projeto (tempo máximo para acionamento dos sistemas)

23,3

segundos

2) CÁLCULO DA ALTURA DA CHAMA (EQUAÇÃO 2 da IT-15 P5):

z1 = 0,166 Qc2/5

Onde:

z1 = limite da altura da chama em relação ao piso (m)

Qc = porção convectiva da taxa de liberação de calor (kW)

(adotar 70% de Q)

Qc (porção convectiva (70%) de Q)

72576

z1 (limite de elevação da chama)

14,60

3) CÁLCULO DA MASSA DE FUMAÇA (EQUAÇÃO 3 OU 4 da IT-15 P5):

adotar a Eq 3 caso a altura da camada de fumaça (z) for superior à altura da chama (z1), ou seja, (z > z1)

adotar a Eq 4 caso a altura da camada de fumaça (z) for igual ou inferior à altura da chama (z1), ou seja, (z ≤ z1)

Eq (3): m = 0,071 Qc1/3 z5/3 + 0,0018 Qc (z > z1)

Eq (4): m = 0,032 Qc3/5 z (z ≤ z1)

Onde:

m = vazão mássica da coluna de fumaça para a altura z (kg/s)

z = altura de projeto da camada de fumaça acima do piso

z1 = altura da chama em relação ao piso

Qc = porção convectiva da taxa de liberação de calor, adotar 70% da taxa de liberação de calor (Q) (kW)

4,50

14,60

Como (z ≤ z1) adotar a Eq. 4

Pela Eq. 3

(m)

166,96

kg/s

Pela Eq. 4

(m)

118,81

kg/s

Vazão mássica adotada (m)

(m)

118,81

kg/s (adotar Eq 4 neste caso)

4) CÁLCULO DA VAZÃO VOLUMÉTRICA DE EXTRAÇÃO DE FUMAÇA (EQ. 5 da IT-15 P5):

Ve = m/ρ

Onde

Ve = vazão de extração de fumaça em m³/s

m = vazão mássica em Kg/s

ρ = densidade da fumaça em Kg/m³ :

fumaça a uma temperatura de 300°C (s/ spk)

( ρ )

0,55

kg/m3

valor fixo

fumaça a uma temperatura de 70°C (c/ spk)

( ρ )

0,92

kg/m3

valor fixo

Vazão a 300°C (s/ spk)

(Ve)

216,01

m3/s

Vazão a 70°C (c/ spk)

(Ve)

129,14

m3/s

Adotar coef. de segurança (25%) - item 11.16.2 da IT-15:

Vazão a 300°C (s/ spk) - com +25%

(Ve)

270,01

m3/s

Vazão a 70°C (c/ spk) - com +25%

(Ve)

161,42

m3/s

Vazão de extração adotada (Ve) com spk

(Ve)

161,42

m3/s

(Ve)

581116,22

m3/h

Velocidade no duto

m/s

5) CÁLCULO DA VAZÃO DE VENTILAÇÃO (ENTRADA DE AR FRESCO):

Vazão de ventilação (Vv) será:

De forma natural = mesmo valor da extração - Vv = Ve

De forma mecânica = 60% da extração (item 11.22.1 letra "b") = Vv = 0,6 x Ve

Vv - se introdução for natural - item 11.22.1 letra "a" da IT15

Vv a temperatura de 300°C (s/ spk) - Vv = Ve

270,01

m3/s

Vv a temperatura de 70°C (c/ spk) - Vv = Ve

161,42

m3/s

Vv se introdução for mecânica - item 11.22.1 letra "b" da IT15

fumaça a uma temperatura de 300°C (s/ spk) - Vv = 0,6 x Ve

162,01

m3/s

fumaça a uma temperatura de 70°C (c/ spk) - Vv = 0,6 x Ve

96,85

m3/s

Vazão de entrada de ar adotada (Vv) com spk

(Vv)

96,85

m3/s

(Vv)

348669,73

m3/h

6) VAZÕES FINAIS ADOTADAS:	(considerando sistemas mecânicos e com Spk)
Vazão de extração adotada (Ve) =		161,42	m3/s
Vazão de entrada adotada (Vv) =		96,85	m3/s

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Bibliografia:

SÃO PAULO (Estado). Secretaria de Estado dos Negócios da Segurança Pública. Polícia Militar do Estado de São Paulo. Corpo de Bombeiros. Instrução Técnica nº 15. Controle de fumaça. São Paulo: Polícia Militar, 2011.

SÃO PAULO (Estado). Secretaria de Estado dos Negócios da Segurança Pública. Polícia Militar do Estado de São Paulo. Decreto Estadual 63.911. Regulamento de segurança contra incêndio em edificações e áreas de risco. Brasil: SÃO PAULO, 2018.

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