Conceitos gerais e dimensionamento de sistema de controle de fumaça para um hotel



Conceitos gerais e dimensionamento de sistema de controle de fumaça para um hotel

Por Eng. Deivison Guerreiro e Eng. Adilson da Silva


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. Esse cálculo será aplicado a um projeto de um hotel, 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 em rotas de fuga, 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.



Extrator Mecânico de fumaça (ventiladores de extração)

  1. Os ventiladores de extração de fumaça devem resistir, por 90 min, sem alterações sensíveis do seu regime de funcionamento à passagem de fumaça com  temperatura de 70°C para edificações com “Spk,” e 300°C nos demais casos. Os dispositivos de ligação dos ventiladores aos dutos devem ser constituídos por materiais incombustíveis e estáveis. 












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.



Controle de fumaça mecânico


Esta Parte da IT destina-se ao dimensionamento do sistema mecânico de controle de fumaça nas edificações em geral.


• O sistema mecânico é realizado pela extração mecânica de fumaça e pela introdução do ar de forma mecânica ou natural.


• A extração de fumaça pode ser realizada por dispositivos ligados a ventiladores por meio de dutos ou por ventiladores instalados diretamente na área a proteger.




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:

DADOS DE PROJETO 

USO OU OCUPAÇÃO

HOTEL

OBSERVAÇÃO

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 m

 

Largura do Piso

25 m

 

Altura (pé direito)    (H)

3,5 m

 

Área (acantonamento 1)   

625 m²

Obs.: Máx. 1600 m²

Volume

2187,5

 

Tamanho do incêndio

4 x 4 m

Tab. 10 (escolher)

Perímetro

16 m

Tab. 10 (escolher)

Área do incêndio   (A)

16 m²

Tab. 10 (escolher)

Há estocagem?

NÃO

 

Altura de estocagem (h estoque)

0 m

 

Dimensão do Inc  A x (h estoque)

0

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 m

 


















1)DIMENSIONAMENTO





Determinação do 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 




























   

VARIÁVEL

DADOS E RESULTADO

z/H

0,63

Q1/3

20

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)

76 seg




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) 

 






























VARIÁVEL

DADOS

Qc (porção convectiva (70%) de Q)

5600 KW

z1 (limite de elevação da chama)

5,24 m









































  1. 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) 






















VARIÁVEL

DADOS

DADOS E RESULTADO

OBSERVAÇÃO

z

2,2

*

 

z1

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
















VARIÁVEL

DADOS

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

( ρ )

0,55kg/m3

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

( ρ ) 

0,92kg/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

Vazão volumétrica

 

(Ve)

61081,57 m³/h


Velocidade no duto

15 m/s

Área do duto

1,13 m²
















 

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




kg/m3












        Vazão de ventilação (Vv) será:




kg/m3












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
















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



m3/s















m3/s













VARIÁVEL

DADOS

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

10,18 m³/s

Vazão de ventilação

36648,94 m³/H




















Velocidade nas aberturas

2 m/s

Areas de aberturas

14,19 m²

2 m/s

8,48 m²


Velocidade no duto

15 m/s

area do duto

1,14 m²

15m/s

0,68 m²







m3/s















m3/s












  6) VAZÕES FINAIS ADOTADAS: 


 Considerando sistemas mecânicos e com chuveiro automático, concluímos que:


(considerando sistemas mecânico e com Spk)





Velocidade no duto

15

m/s

Área do duto

 

1,13

m2


Vazão de extração adotada   (Ve)    = 

16,97 m3/s

Vazão de entrada adotada   (Vv)    

10,18 m3/s


16,97

m3/s













10,18

m3/s

























































m3/s





m3/s




Bombeiro Militar especialista em vistorias técnicas de segurança contra incêndio pelo Corpo de Bombeiros do Pará (CBMPA), Especialista em Engenharia de Segurança do Trabalho - Devry, Especialista em Física - UFPA, Graduado em Engenharia Civil - UFPA, Graduado em Física - UFPA.