No combate ao incêndio é extremamente
importante que o bombeiro tenha o conhecimento das condições que podem existir
no ambiente em que ele estará trabalhando, permitindo avaliar o risco
existente.
Em alguns testes e treinamentos de combate a incêndio foi verificado
que os bombeiros podem estar submetidos a temperaturas de até 200ºC na parte
externa e de 80º C na parte interna da roupa de proteção, e a fluxo de calor
acima de 6 kW/m2.
Estes dados são importantes na avaliação e
criação de normas sobre os Equipamentos de Proteção Individual.
Apesar da conscientização dos riscos
inerentes à área de combate a incêndio ter melhorado consideravelmente nas
últimas décadas, muitas questões sobre como aumentar a segurança do bombeiro
por meio de melhores equipamentos de proteção individual ainda não foram respondidas.
Isso faz com que este assunto ainda seja largamente pesquisado em grandes
centros pelo mundo, inclusive com o objetivo de melhorar as normas existentes,
ou mesmo criar novas normas. E só com um maior conhecimento de como um incêndio
se desenvolve e, conseqüentemente, do ambiente a que o bombeiro está exposto é
que será possível buscar uma maior proteção para o bombeiro, melhorando os
níveis de segurança dos seus equipamentos de proteção individual,
principalmente por meio do desenvolvimento de normas e padrões para estes
equipamentos.
Com o objetivo de melhor compreender o
desenvolvimento dos incêndios e a sua influência nos bombeiros, alguns testes
foram realizados monitorando a temperatura no ambiente e no equipamento de
proteção individual dos bombeiros, como por exemplo, na face interna e externa
da roupa de proteção e nas máscaras de proteção respiratória. Além de sensores
termopares, foram também utilizados medidores de fluxo de calor. Por meio
dessas medições, foi possível verificar a temperatura e o fluxo de calor a que
os bombeiros estão submetidos em uma situação de pré-generalização do incêndio
(pré-flashover).
TEMPERATURA E FLUXO DE CALOR
O serviço dos bombeiros é considerado, em
geral, uma ocupação perigosa, principalmente por estarem expostos a diversas
condições térmicas geradas pelos incêndios.
Existem duas componentes principais
da exposição térmica que impactam os bombeiros:
- O Fluxo de Calor, taxa de
energia térmica transferida de uma região mais fria para uma mais quente;
- A Temperatura, medida direta da atividade molecular, ou seja, é a medida da
energia térmica.
Essas componentes são acopladas e em
conjunto criam as condições que oferecem risco para os bombeiros em um
incêndio.
Geralmente as pessoas associam o risco de se queimar à temperatura,
mas ela é apenas parte da história. A temperatura em um incêndio é resultado da
energia gerada pelo incêndio e transferida como fluxo de calor para o ambiente
e objetos, tais como o mobiliário, a roupa de proteção e a camada de fumaça.
Sendo assim, o fluxo de calor é o que causa a mudança de temperatura em um
incêndio.
De uma forma simples, o calor pode ser
transferido de três formas:
Condução - transferência de calor por meio do contato
direto entre as moléculas do material em corpos sólidos;
Convecção - transferência de calor de um fluido em movimento até uma superfície sólida ou
para outro fluido;
Radiação
Térmica
- É a transferência de calor por meio de ondas eletromagnéticas.
Cada uma dessas formas de fluxo de calor
tem um impacto nos riscos de uma pessoa sofrer uma queimadura e elas causam uma
mudança na temperatura sentida pelo bombeiro. Dessa forma, é importante lembrar
que é a combinação do fluxo de calor e da mudança de temperatura resultante que
causa queimaduras.
Um conjunto de níveis de fluxo de calor que
podem ser experimentados por um bombeiro e as conseqüências destes níveis para
o ser humano está apresentado na Tabela 1 abaixo.
Na Tabela 2, temos informações sobre as temperaturas normalmente encontradas durante uma operação de combate a incêndio, bem como suas conseqüências para o ser humano.
Proposta de um modo de classificar as
condições a que os bombeiros estão submetidos. São elas:
1. De rotina – Condição de operação mais
comum para o Bombeiro. Limite de 25 minutos a 100ºC na roupa com radiação
térmica limite de 1 kW/m2;
2. De
perigo – Espera-se quando o bombeiro irá trabalhar por um período curto de
tempo em alta temperatura em combinação com alta radiação térmica. Limite de 1
minuto a 160ºC na roupa com radiação térmica de 4 kW/m2. Um limite
intermediário foi criado para representar as condições que podem ser toleradas
por até 10 minutos;
3. Extremas – Ocorre tipicamente em
situação de resgate, ou, no pior caso, da fuga em uma situação de generalização
do incêndio. Acontece na região acima de 1 minuto a 160ºC na roupa com radiação
térmica de 4 kW/m2 e abaixo de 235ºC e 10 kW/m2;
4. Críticas
– São condições acima de 235ºC na roupa e radiação térmica acima de 10 kW/m2.
Existe o risco de morte.
Essas condições estão resumidas na figura 2 a seguir.
Figura 2 – Limites de exposição térmica em um ambiente de combate a incêndio.
RESULTADOS EXPERIMENTAIS
Desde a criação do sistema de treinamento de combate a incêndio no CBMDF, sempre existiu a preocupação em monitorar o ambiente a que o bombeiro estava submetido, bem como a sua influência direta nos bombeiros e nos equipamentos de proteção individual.
Para realizar o controle do ambiente de treinamento são realizadas, em geral, medições de temperatura próximas ao local do fogo e entre o fogo e os bombeiros por meio de termopares tipo K com isolação de fibra de vidro. Os dados são coletados em um registrador de temperatura da marca Yokogawa, modelo MV220 de 30 canais. Também é utilizada uma câmera térmica da marca MSA, modelo 5200HD, para registro das imagens térmicas do local.
Para verificar a influência da temperatura do ambiente sobre os bombeiros e seus equipamentos de proteção individual, mede-se a temperatura na parte externa das roupas dos bombeiros ou no capacete, utilizando termopares tipo k com isolação de fibra de vidro, e dentro da roupa ou capacete, com o uso de termopares com isolação de PVC. Para medir o fluxo de calor a que o bombeiro é submetido foi utilizado um medidor de fluxo de calor do tipo Schmidt Boelter de fundo de escala de 20 kW/m2 e tamanho de 1 polegada .
Na figura 3 é apresentado o perfil vertical de temperatura em teste realizado dentro do sistema de treinamento de combate a incêndio.
A posição dos sensores termopares (TC), bem como da localização dos bombeiros (BM) no início do treinamento estão representadas no desenho à direita da figura. Verifica-se pelo gráfico que a diferença de temperatura na altura do ombro de um bombeiro agachado (0,9 m ) e em pé (1,5 m ) poderia chegar até 550ºC neste local.
Figura 3 – Gráfico do perfil vertical de temperatura dentro do container.
Na figura 4 é tem-se o perfil horizontal de temperatura perto do teto, a 2,3 metros de altura, mostrando temperaturas máximas próximas a 800º C.
Figura 4 – Gráfico do perfil horizontal de temperatura dentro do container.
Na figura 5 é mostrada a temperatura na roupa de aproximação em 6 pontos diferentes: No ombro, no peito e na coxa, sempre do lado externo e interno da roupa de proteção. Podemos verificar que a temperatura máxima chegou a 200ºC na parte externa da perna e do peito. O ombro apresentou uma temperatura um pouco mais baixa, perto de 160ºC, provavelmente porque a medida estava sendo realizada do lado do corpo e não de frente para o fogo. As temperaturas internas ficaram entre 80ºC e 95ºC. Essa não é a temperatura na pele do bombeiro, pois os sensores foram colocados na parte interna da roupa de proteção. Além disso, os bombeiros estavam vestindo uma calça e uma camisa de malha por baixo da roupa. Mesmo assim, é importante verificar quão alta é a temperatura a que o bombeiro está submetido dentro da roupa de aproximação. Deve ser notado também que o corpo humano é afetado negativamente quando está submetido a temperaturas acima de 37ºC podendo ocorrer desidratação, exaustão, cãibra e até mesmo um acidente vascular cerebral. Quanto mais alta for a temperatura e longa for a exposição, mais rapidamente o corpo poderá ser afetado ou de uma forma mais agravada. É importante notar que a roupa de proteção por ela mesma já pode aumentar a temperatura corporal a níveis perigosos. Por isso é ainda mais importante que o bombeiro esteja sempre se hidratando quando estiver vestindo a roupa de proteção.
Para que o bombeiro diminua o risco de se queimar é importante que ele tente manter algum espaço com ar entre as diversas camadas da roupa de aproximação e entre a roupa de baixo, pois o ar atua como um isolante térmico. Estudos realizados pelo NIOSH e outros institutos comprovaram que caso haja um uma compressão, como um toque em um objeto ou em outros bombeiros, o calor armazenado nas camadas da roupa de aproximação será liberado mais facilmente, levando a queimadura no ponto onde houve a compressão.
Figura 5 – Gráfico da temperatura em diversos pontos da roupa de aproximação.
Na figura 6 é apresentada a temperatura dentro e fora da máscara de proteção respiratória. Podemos perceber que a temperatura dentro da máscara é bem alta, 120ºC, e, diferentemente da roupa de proteção, bem próxima à temperatura externa na lente da máscara, 160ºC. Isso demonstra uma menor proteção térmica da lente. É importante salientar que a lente dessas máscaras é feita de policarbonato. Este material começa a amolecer com temperaturas acima de 150 ºC (transição vítrea) e a derreter com temperaturas acima de 267ºC.
Figura 6 – Gráfico da temperatura dentro e fora da máscara de proteção respiratória.
Atualmente a máscara de proteção respiratória está sendo objeto de muito estudo, inclusive com relação à melhoria da norma. Isso está ocorrendo agora, pois em vários centros de treinamento do mundo estão ocorrendo problemas, como o aparecimento de riscos (figura 7a) e bolhas nas lentes (figura 7b), após os treinamentos realizados. Estudos preliminares utilizando um painel radiante realizados no NIST levam a crer que a radiação térmica é um importante fator a ser estudado. Esse estudo torna-se mais importante ainda quando se sabe que a norma Americana atual sobre o padrão dos equipamentos de proteção respiratório de circuito aberto para serviços de emergência (NFPA 1981) prevê apenas teste com calor convectivo utilizando um forno (100ºC por 10 minutos) e teste de resistência a chama (30 segundos), não existindo nenhum teste de resistência à radiação térmica mais severa, como o feito nas roupas de aproximação.
Figura 7: a) Aparecimento de riscos após 10 minutos de exposição a 4,7 kw/m2. b) Aparecimento de bolhas após menos de 2 minutos de exposição a 9.8 kw/m2.
Na figura 8 a seguir pode-se verificar que o fluxo de calor chegou a 6 kW/m2. Esse valor está abaixo do nível limite de segurança apresentado na Tabela 1, de 7 kW/m2. Os primeiros três picos apresentados no gráfico correspondem aos momentos em que o bombeiro se levantou, procedimento este que também faz parte do treinamento de combate a incêndio (visualização da camada de fumaça). Perceba a diferença entre o bombeiro estar agachado e estar em pé. Rapidamente o fluxo de calor passou de menos de 1 kW/m2, que seria uma situação de rotina, para uma condição próxima a extrema, com fluxo de calor chegando perto de 6 kW/m2. Isso por si só já demonstra a necessidade do bombeiro se manter agachado durante o combate a incêndio.
É importante salientar que os testes de potencial de proteção térmica da roupa de aproximação na NFPA 1971 (ver Tabela 1) são realizados com fluxos de calor de 84 kW/m2, situação de generalização de incêndio, mostrando que a roupa, dependendo do tempo de exposição, ainda mantém a sua integridade. Mas Krasny e outros sugerem que os bombeiros provavelmente teriam queimaduras sérias se fossem expostos a esse nível de fluxo de calor em menos de 10 segundos. Na realidade, a maioria das queimaduras em bombeiros parece acontecer com fluxo de calor muito abaixo dessas condições, mostrando que elas ocorrem quando os bombeiros estão expostos por um período longo de tempo a fluxos de calor de valores baixos para moderados.
Figura 8 – Gráfico do fluxo de calor.
Pendente correção do valor.
CONCLUSÕES
Os resultados apresentados mostram as
condições a que os bombeiros estão submetidos quando em situação próxima ao de
treinamento de combate a incêndio no sistema atualmente utilizado pelo Corpo de
Bombeiros. As temperaturas medidas estão próximas às encontradas em outros
estudos, e estão abaixo das condições críticas (Figura 2), ou seja, temperatura
abaixo de 235ºC e radiação térmica abaixo de 10kW/m2.
Os dados de temperatura e fluxo de calor
obtidos nesta pesquisa mostram que os padrões utilizados pela NFPA 1981 para avaliação
dos equipamentos de proteção respiratória estão bem aquém das condições a que
os bombeiros estão submetidos. Pelos testes realizados em laboratório com a
utilização de um painel radiante foi possível verificar as situações que podem
levar a degradação da lente das máscaras de proteção respiratória. Comparando
esses resultados com os valores medidos na situação de pré-generalização de
incêndio encontrada nos treinamentos em contêineres, percebe-se que durante o
treinamento as máscaras podem ser submetidas a condições próximas às que levam
ao aparecimento de riscos e bolhas.
Mais pesquisas ainda terão que ser
realizadas no futuro buscando a melhoria dos equipamentos de proteção
individual dos bombeiros, tais como botas, luvas, roupas e equipamentos de
proteção respiratória. É apenas com uma compreensão exata das condições a que
os bombeiros estão submetidos no combate a incêndio que se chegará a uma
melhoria das normas que regem a fabricação desses equipamentos.
AGRADECIMENTOS
Agradeço o apoio do Comando do Corpo de
Bombeiros Militar do Distrito Federal (CBMDF) por permitir a divulgação dessa excelente obra que não só ajudará os Bombeiros Civis do Brasil, como toda a população e estudiosos que visitam o blogger: bombeiroswaldo.
Abraços à todos que trabalharam arduamente dia, noite e madrugada à dentro com afinco e esforço para que esse Manual fosse concluído, pois para transformá-lo em postagem, foram 48 dias trabalhando e 5 dias postando... Mas valeu, e que todos usufruam e aprendam com os conhecimentos dispensados por essa Gloriosa entidade que carrega o nome de:
CORPO DE BOMBEIROS MILITAR DO DISTRITO FEDERAL
Brasília-DF / Brasil / América do Sul
Bombeiroswaldo...
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