Técnicas de dosagem de aditivos na água de extinção: vantagens e desvantagens

Em muitos incêndios, a água por si só não garante um resultado eficaz na extinção. Por isso, através de diferentes sistemas, são adicionados aditivos (como agentes espumíferos) à água. Segue-se uma apresentação das técnicas de dosagem mais comuns, com os respetivos pontos fortes e limitações.

Desde o início da industrialização que deixou de ser suficiente combater incêndios apenas com água. Passou a recorrer-se a aditivos que alteram de forma intencional as propriedades naturais da água. Com a ajuda de sistemas de dosagem (zumischsysteme), esses aditivos são misturados na água de extinção numa proporção definida, originando agentes extintores com características de extinção modificadas. Atualmente, existe uma grande oferta de agentes espumíferos, agentes molhantes (para “netzwasser”), formadores de gel e líquidos (sobretudo para descontaminação).

Para que estes produtos sejam usados de forma eficaz e eficiente, o processo de dosagem exige um determinado nível de precisão. Até há poucas décadas, o dosador por injetor (Z-dosador) era a única forma de adicionar aditivos à água de extinção. Hoje, a indústria disponibiliza várias soluções. Mas o que é determinante? O que distingue um sistema “bom” de um “menos bom”? E que impacto tem isso no valor operacional?

O Z-dosador (Z-Zumischer) para agentes espumíferos

Os Z-dosadores foram desenvolvidos para permitir a dosagem de agentes espumíferos na água de extinção de forma simples, económica e transportável. Ainda hoje são amplamente utilizados no meio dos bombeiros. “Fazem parte do equipamento normalizado dos veículos operacionais com transporte de água, desde que não se tenha optado por outra tecnologia de dosagem”, explica René Schubert, comandante dos bombeiros de Ratingen e responsável do comité de normalização “Requisitos gerais para veículos de bombeiros – veículos de combate a incêndios”.

Os Z-dosadores funcionam com base no princípio de Venturi. Esta tecnologia não se limita aos dosadores portáteis: alguns modelos de pré-misturadores de bomba, bem como agulhetas/lanças autoaspirantes ou bicos, também operam segundo o princípio de Venturi.

No interior de um bico injetor, a água é acelerada. A jusante do bico existe uma câmara de aspiração onde, devido à geometria específica e desde que o caudal seja suficiente, a pressão estática desce abaixo de 1 bar. Assim, a pressão atmosférica força o agente espumífero a sair de um reservatório externo e a entrar no dosador. Este processo só resulta dentro de limites físicos apertados, pois é necessário que, no bico injetor, existam determinadas velocidades de escoamento e relações de pressão para que as taxas de dosagem sejam corretas.

Vantagens: - económico - fabrico simples - utilização fácil - não necessita de energia externa

Desvantagens: - funcionamento dependente da pressão - funcionamento dependente da contrapressão - funcionamento dependente do caudal - funcionamento dependente da viscosidade do aditivo - perda de carga elevada (cerca de 35 a 40 % da pressão de entrada) - apenas um ponto de funcionamento (o sistema precisa de um caudal constante de água de extinção)

No âmbito dos bombeiros, a construção e os parâmetros técnicos dos Z-dosadores são regulados pela norma DIN EN 14384 “Dosadores de agente espumífero PN16, autoaspirantes”.

Estes dosadores dispõem de duas uniões e são intercalados na linha de mangueiras. É obrigatório respeitar o sentido de escoamento, assinalado no corpo por uma seta. As taxas de dosagem costumam ser ajustáveis entre 1% e 6 %. “Os modelos mais recentes conseguem também 0,5 % ou até 0,25 %”, refere o especialista em agentes espumíferos Silvio Faulstich. O agente espumífero é aspirado através de um pequeno tubo de aspiração do tipo D a partir de um bidão ou outro recipiente. Para aplicações de água molhante (netzwasser), contudo, são necessárias taxas a partir de 0,1 %, porque com dosagens superiores a 0,3 % pode começar a formar-se espuma.

Para operação por alimentação (por exemplo, a partir de um depósito de agente espumífero instalado num veículo), estes dosadores não são adequados: a pressão estática do depósito do veículo conduziria a sobredosagens consideráveis. Importa ainda ter em conta que só se obtém dosagem correta com um caudal de água de extinção correspondente. O ponto de funcionamento de um Z-dosador é indicado pelo número a seguir ao “Z” multiplicado por 100. Um Z 4, por exemplo, requer um caudal de água de extinção de 400 l/min para operar corretamente.

Por esse motivo, existem também lanças/tubos de espuma correspondentes nos mesmos escalões. Os mais comuns são as lanças de espuma pesada S 2, S 4, S 8, ou as de espuma média M 2 e M 4. Naturalmente, as lanças de jato regulável também podem descarregar espuma, desde que se respeitem os caudais necessários. “Consoante o tipo, uma lança de jato regulável pode atingir, sem equipamento adicional, uma taxa de expansão de até 7. A espuma forma-se devido às turbulências na saída da mistura água–agente espumífero pela agulheta. A eficácia varia bastante conforme o modelo da lança - não há alternativa a testar. Com adaptadores de espuma, conseguem-se também expansões superiores na gama de espuma pesada ou média”, afirma Faulstich.

Em operações móveis, os Z-dosadores são usados, na maioria das vezes, em linha direta. A montagem é simples, mas tem limitações. Estas decorrem das restrições físicas do Z-dosador: caudal, pressão e contrapressão. Se a distância em mangueiras entre o dosador e a lança de espuma for demasiado grande, a contrapressão elevada fará a dosagem parar. Regra geral, não deverão ser instaladas mais do que duas linhas de mangueira entre o dosador e a lança. Na prática, isto coloca quase sempre o dosador dentro da zona de perigo. Além disso, como os Z-dosadores têm capacidade de aspiração reduzida, o agente espumífero tem de ficar mesmo ao lado do dosador - ou seja, também na zona de risco.

Com mais algum trabalho e um maquinista experiente, é possível contornar parte destas limitações: o Z-dosador pode ser operado em “derivação” (“around the pump”). Desta forma, o ponto de funcionamento transforma-se numa janela de funcionamento e a exigência de baixa contrapressão para funcionamento correto passa a aplicar-se apenas ao circuito secundário.

O procedimento é o seguinte: uma saída da bomba é utilizada para alimentar o dosador e a mistura água–agente espumífero (pré-mistura (premix)) é encaminhada de volta para a entrada da bomba através de uma peça coletora. O maquinista tem de vigiar as condições de pressão para garantir que a dosagem se mantém correta.

Exemplo: numa ocorrência pretende-se extinguir com espuma. Há disponível agente espumífero a 1% e um Z 2. Para assegurar a taxa mínima de aplicação (taxa de descarga em l/min) e, assim, um efeito de extinção suficiente, serão usadas uma lança de espuma pesada S 8 e uma S 4. Para isso, o Z 2 tem de operar em derivação. Pelo dosador circulam de forma constante cerca de 200 l/min com 6 % de dosagem (12 litros de agente espumífero por minuto), e essa pré-mistura é devolvida à entrada da bomba. Pela segunda saída da bomba, a premix é disponibilizada para o combate ao incêndio.

Com um caudal total descarregado de 1.200 l/min, cumpre-se a taxa de dosagem de 1 %. Se o caudal descarregado for menor, a taxa no dosador pode ser reduzida. Se a descarga exceder 1.200 l/min, ocorre subdosagem, o que pode prejudicar o efeito de extinção. Assim, a capacidade de cálculo do maquinista é determinante e indispensável para utilizar este método em segurança.

Até intervenções com água molhante podem ser realizadas desta forma. Pouco realista na prática, mas teoricamente possível: com um Z 2, pode manter-se uma taxa de 0,1 % até um caudal de água de extinção de 12.000 l/min, desde que no circuito secundário se mantenham 200 l/min constantes com 6 % de dosagem.

Neste arranjo, o dosador é instalado muito perto da bomba centrífuga de incêndio (e fora da zona de perigo imediata). A logística do agente espumífero torna-se menos exigente. As limitações ligadas à dependência do Z-dosador de pressão, contrapressão e caudal ficam - pelo menos em grande parte - eliminadas.

Após a utilização, os Z-dosadores devem ser bem lavados, caso contrário colagens e obstruções podem causar falhas de funcionamento. Quando se usa o método em derivação, também a bomba, as mangueiras e as válvulas/acessórios têm de ser lavados.

Agulhetas autoaspirantes e pistolas de espuma

Vantagens: - económico - fabrico simples - não necessita de energia externa - aplicação simples - dispensa a instalação de um dosador - quase não exige logística de agente espumífero

Desvantagens: - apenas um ponto de funcionamento - aplicável apenas a pequenas quantidades - funcionamento dependente da pressão - funcionamento dependente da viscosidade do aditivo - perda de carga elevada

Nas corporações municipais, as agulhetas autoaspirantes e as pistolas de espuma são frequentemente usadas para aplicações de espuma de pequena escala no serviço diário. Um cenário típico é o incêndio em veículos. Já na proteção contra incêndios industrial, também se usam monitores/lançadores autoaspirantes água–espuma de maior dimensão.

Tanto as pistolas de espuma como as agulhetas autoaspirantes também trabalham pelo princípio de Venturi. O dosador já está integrado na agulheta, ficando assim ajustado de forma ótima ao caudal e às condições de pressão.

No caso de agulhetas autoaspirantes de grande porte, o agente espumífero tem de estar disponível imediatamente junto da agulheta - longas distâncias de aspiração não são possíveis por razões físicas. Monitores instalados em veículos ou reboques são, muitas vezes, alimentados diretamente por depósitos de agente espumífero montados no próprio equipamento.

Para ataques iniciais de menor dimensão com espuma ou água molhante, as pistolas de espuma também são uma boa opção. O agente espumífero é armazenado num recipiente diretamente acoplado à lança/agulheta. Em geral, estes recipientes têm uma capacidade entre um e cinco litros. Quando estas unidades de projeção são operadas com agentes espumíferos a 0,5 % ou 1 %, obtém-se frequentemente um valor operacional suficiente para o “serviço do dia a dia” de uma corporação municipal média. Manuseamento, operação e manutenção são simples, e o investimento é reduzido. Depois de usar, basta lavar a agulheta ou a pistola de espuma, já que a bomba centrífuga de incêndio, as mangueiras e os acessórios não entram em contacto com premix.

Pré-misturadores de bomba

Vantagens: - económico - dimensões reduzidas - não necessita de energia externa

Desvantagens - funcionamento dependente da viscosidade do aditivo - perda de carga elevada (cerca de 35 a 40 % da pressão de entrada)

Os pré-misturadores de bomba também recorrem ao princípio de Venturi - mas aplicando o método de derivação. Assim, o sistema torna-se mais flexível e elimina algumas das desvantagens e limitações dos Z-dosadores. Tal como no funcionamento em derivação com um Z-dosador, retira-se água do fluxo principal da bomba centrífuga de incêndio e, através de um dosador Venturi, conduz-se a mistura de volta para o lado de aspiração da bomba. Dependendo do modelo, estas configurações exigem diferentes diferenças de pressão no bico injetor - ou seja, entre a saída de pressão e a aspiração da bomba centrífuga de incêndio.

A designação “derivação” resulta do facto de as taxas de dosagem serem obtidas por um “fluxo secundário” definido. Essa premix é depois reintroduzida no fluxo principal.

Os pré-misturadores de bomba são montados em veículos e contentores como uma unidade com a bomba centrífuga de incêndio e alimentados diretamente por depósitos de agente espumífero. Assim, a logística do agente espumífero no teatro de operações limita-se ao reabastecimento e à reposição das reservas.

“As taxas de dosagem abaixo de 1% só são realizadas de forma verdadeiramente fiável por muito poucos pré-misturadores de bomba”, explica o oficial de bombeiros Josef Helpenstein, responsável pela formação técnica na Escola de Bombeiros e Proteção Civil da Renânia-Palatinado (Rheinland-Pfalz). Outra desvantagem é que o volume de água retirado ao fluxo principal para o circuito de derivação tem de ser subtraído à capacidade nominal de débito da bomba centrífuga de incêndio. Como todo o sistema é percorrido por premix, em todas as saídas da bomba está disponível, de forma uniforme, apenas água ou apenas premix. Se a bomba centrífuga de incêndio e todos os componentes periféricos não forem construídos com materiais suficientemente resistentes, então, após a operação com dosagem, o sistema completo tem de ser lavado para evitar danos por corrosão.

Turbo-dosadores

Vantagens: - económico - apenas pequena perda de carga - não necessita de energia externa.

Desvantagens: - apenas um ponto de funcionamento - sensível a sujidade - taxas de dosagem abaixo de 0,5% não são possíveis

Os turbo-dosadores utilizam uma turbina para acionar a bomba de dosagem. No contexto dos bombeiros, este conceito tem essencialmente uma vantagem: a turbina provoca uma perda de carga significativamente menor do que o bico injetor dos Z-dosadores. Em contrapartida, surgem desvantagens, em especial a sensibilidade a sujidade e grandes caudais de fugas de água.

As turbinas são máquinas motrizes que funcionam por princípio de escoamento. Os caudais de fuga variam conforme o design e dependem também das folgas - afinal, o rotor tem de se mover. Quanto maiores forem as folgas, menor é a sensibilidade a partículas de sujidade e maior é o caudal de fuga. Esta água atravessa a turbina sem produzir trabalho útil de acionamento. Consoante a construção do rotor ou da turbina, as perdas diferem. Isto origina imprecisões no cumprimento da taxa de dosagem.

Também os turbo-dosadores têm apenas um ponto de funcionamento e não uma janela de funcionamento. No modelo mais conhecido da AWG, esse ponto situa-se em 400 l/min de caudal de água de extinção. Nesse equipamento é usada uma bomba de engrenagens como bomba de dosagem e as taxas são ajustáveis entre 0,5 % e 6 %. Se, por exemplo, para produzir água molhante se pretender usar agentes espumíferos a 1% (ou ainda mais concentrados), este limite inferior já é demasiado elevado, provocando uma formação de espuma indesejada.

Os turbo-dosadores também devem ser obrigatoriamente lavados após cada utilização, para evitar corrosão e colagens por secagem do agente espumífero.

Sistemas de dosagem sob pressão

“Quem hoje planeia a aquisição de veículos de bombeiros ou contentores de resposta não consegue evitar uma decisão a favor ou contra sistemas de dosagem sob pressão (DZA)”, afirma o especialista em veículos Schubert. As vantagens face ao Z-dosador “standard” são evidentes: espuma ou água molhante com um simples comando. O agente espumífero vem de um depósito de reserva e, assim, (exceto em grandes operações) não é necessário um esforço significativo de logística no local. A dosagem funciona sem as limitações físicas típicas dos restantes dosadores, como pressão, contrapressão ou caudal de água de extinção. E, conforme o equipamento, o incómodo da lavagem pode mesmo deixar de ser necessário. “Só água!” - e está resolvido. Ainda assim, após a intervenção, as mangueiras e as lanças devem ser lavadas “por recoplamento”. No entanto, na “saída amarela”, numa ocorrência seguinte, fica imediatamente disponível espuma ou água molhante (consoante a taxa de dosagem definida).

Ainda assim, convém cautela: as diferenças entre as várias soluções técnicas são grandes, e as capacidades e limites nem sempre são fáceis de interpretar. Particularmente enganadores podem ser sistemas cujo intervalo de dosagem é anunciado como 0,1 % a 9,99 %. A questão é: que taxa pode realmente ser alcançada e com que caudais de água de extinção?

Será que estes sistemas conseguem mesmo 9,99 % de dosagem com, por exemplo, 4.000 l/min de caudal de água de extinção? Isso significaria misturar 399,60 litros de agente espumífero por minuto! E será que o mesmo sistema consegue 0,1 % com 40 l/min? Nesse caso, seriam apenas 0,04 l de agente espumífero por minuto! “São precisamente estes caudais mínimos e máximos de bombeamento de agente espumífero que restringem drasticamente a janela de funcionamento real dos sistemas e, por isso, devem ser considerados”, aconselha Helpenstein a todos os responsáveis por compras.

Os caudais mínimos reais de agente espumífero em DZA não raramente situam-se em 1 l/min. Nesse caso, uma taxa de 0,1 % só seria possível a partir de um caudal de água de extinção de 1.000 l/min (ou superior). Se forem usados caudais menores, ocorre sobredosagem. Estas limitações, muitas vezes, nem sequer constam das fichas técnicas; apenas os diagramas de janela de funcionamento (por vezes) revelam estas restrições traiçoeiras.

Sistemas elétricos de dosagem sob pressão

Vantagens: - funcionamento independente da pressão e da contrapressão - apenas pequena perda de carga - janela de funcionamento ampla - permite também as menores taxas de dosagem

Desvantagens: - mais caro do que a tecnologia de dosagem convencional - limitações por caudais mínimos e máximos das bombas de dosagem e por imprecisões de regulação (dependente do equipamento)

O controlo dos sistemas elétricos de dosagem sob pressão segue determinadas características de regulação. Em muitos casos, essas características conduzem a sobredosagens acentuadas, sobretudo em taxas muito baixas. Estes efeitos não são considerados nas documentações técnicas. O método mais seguro para avaliar se um tipo de equipamento é adequado às necessidades próprias é um ensaio prático. Esse ensaio deve, obrigatoriamente, usar agente espumífero e seguir um procedimento semelhante ao da operação real. Exemplo de sequência de teste:

• lança de jato regulável com caudal definido em 40 l/min
• descarga do agente extintor em impulsos (por exemplo, ataque interior)
• taxa de dosagem definida em 0,1% (recomendação para espuma Classe A)
• descarga sobre uma superfície de betão ou asfalto (para que os efeitos de uma eventual sobredosagem fiquem imediatamente visíveis)

Durante este teste, sistemas inadequados para produzir água molhante vão sobredosar de tal forma que se inicia uma formação de espuma indesejada. Isto não só tem impacto negativo no orçamento (consumo desnecessário de agente espumífero), como também prejudica o combate ao incêndio. Se materiais que formam brasas forem cobertos com espuma, a brasa não é extinta de forma sustentável e podem ocorrer reignições.

Sistemas hidráulico-mecânicos de dosagem sob pressão

Vantagens: - funcionamento independente da pressão e da contrapressão - apenas pequena perda de carga - não necessita de energia externa - janela de funcionamento ampla - permite também as menores taxas de dosagem

Desvantagens: - mais caro do que a tecnologia de dosagem convencional

Além dos DZA elétricos, existe o grupo dos sistemas hidráulico-mecânicos de dosagem sob pressão. Aqui, o meio de acionamento é o próprio caudal de água de extinção. A vantagem é que o funcionamento não depende de energia externa. Muitos destes sistemas trabalham por princípio de deslocamento, logo de forma proporcional ao caudal: duplicar o caudal de água de extinção significa duplicar a rotação ou o número de cursos do acionamento. Se o acionamento volumétrico for combinado com uma bomba de dosagem também volumétrica (por exemplo, bomba de pistão ou bomba de membrana), estes sistemas funcionam sem as limitações descritas para os sistemas elétricos. Regra geral, este tipo de dosagem é significativamente mais preciso.

Texto: Jens Stubenrauch