UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA E MEIO AMBIENTE
CURSO DE ENGENHARIA DE RECURSOS HÍDRICOS E DO MEIO AMBIENTE
BRUNO POLYCARPO PALMERIM DIAS
COMPARAÇÃO DO VOLUME REQUERIDO PELA RESERVA TÉCNICA
DE INCÊNDIO ENTRE A REDE DE CHUVEIROS AUTOMÁTICOS E O
SISTEMA DE ÁGUA SUPERNEBULIZADA (WATER MIST).
ESTUDO DE CASO: HANGAR
NITERÓI
2013
BRUNO POLYCARPO PALMERIM DIAS
COMPARAÇÃO DO VOLUME REQUERIDO PELA RESERVA TÉCNICA
DE INCÊNDIO ENTRE A REDE DE CHUVEIROS AUTOMÁTICOS E O
SISTEMA DE ÁGUA SUPERNEBULIZADA (WATER MIST).
ESTUDO DE CASO: HANGAR
Projeto Final II de Conclusão de Curso
apresentado ao Curso de Engenharia de
Recursos Hídricos e do Meio Ambiente,
da
Universidade
Federal
Fluminense,
como requisito parcial para a obtenção do
Grau em Engenharia Ambiental.
Orientador
Prof. James Hall, M.Sc.
Niterói - RJ
2013
BRUNO POLYCARPO PALMERIM DIAS
COMPARAÇÃO DO VOLUME REQUERIDO PELA RESERVA TÉCNICA
DE INCÊNDIO ENTRE A REDE DE CHUVEIROS AUTOMÁTICOS E O
SISTEMA DE ÁGUA SUPERNEBULIZADA (WATER MIST).
ESTUDO DE CASO: HANGAR
Projeto Final II de Conclusão de Curso
apresentado ao Curso de Engenharia de
Recursos Hídricos e do Meio Ambiente,
da
Universidade
Federal
Fluminense,
como requisito parcial para a obtenção do
Grau em Engenharia Ambiental.
Aprovado em ......../......../2013.
Banca Examinadora
_______________________________________________
Prof. James Hall, M.Sc.
Orientador
_______________________________________________
Prof. Cleumo Cordoville, M.Sc.
_____________________________________________
Profª. Jéssica Zimmermann
Este trabalho é dedicado à memória de
todos os bravos soldados do fogo que
tombaram no cumprimento do dever.
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, por terem me proporcionado a oportunidade de chegar até aqui.
Aos meus avós Abel e Manoel, pelo exemplo de vida (in memorian).
Ao professor James Hall, por incutir nos alunos o interesse na segurança contra
incêndio e pânico.
Ao Corpo de Bombeiros Militar do Estado do Rio de Janeiro, por ter me concedido
muito mais que uma profissão, uma paixão.
“Ser soldado é mais que profissão, é
missão de grandeza”.
Inscrição do Pátio Interno da Academia Militar das Agulhas Negras
RESUMO
Este projeto teve por objetivo demonstrar, através de um estudo de caso, a
redução do volume requerido pela reserva técnica de incêndio (RTI) de um sistema
de água supernebulizada, também conhecido como water mist, se comparado à
rede de chuveiros automáticos. Para tanto, escolheu-se um hangar para guarda de
lanchas, onde foram dimensionados ambos os sistemas. A rede de chuveiros
automáticos foi dimensionada adotando-se os requisitos do Código de Segurança
Contra Incêndio e Pânico do Estado do Rio de Janeiro (COSCIP) e da norma ABNT
NBR 10897 / 2007. Já o sistema de água supernebulizada foi dimensionado
utilizando a norma americana NFPA 750 / 2000, em virtude da ausência de uma
norma nacional. Porém, como a própria norma americana reconhece que não há um
método geral para dimensionamento do sistema water mist, foi necessária a adoção
de
listas
de
especificações
dimensionamento,
realizados
(relatórios
em
de
teste,
conformidade
com
contendo
critérios
protocolos
de
de
teste
reconhecidos) que fossem representativas das condições do local estudado. Após
os cálculos, verificamos que a RTI requerida pela rede de chuveiros automáticos foi
de 222,20 m³, enquanto que a RTI requerida pelo sistema de água supernebulizada
foi de 16,88 m³. A conclusão foi de que, neste caso, a RTI requerida pelo sistema de
água supernebulizada corresponde a 7,6% da RTI requerida pela rede de chuveiros
automáticos. Sendo assim, segundo o critério estabelecido por Manzini e Vezzoli
(2008) e considerando-se apenas o parâmetro redução do consumo de recursos
hídricos, a alternativa de se adotar o sistema water mist foi considerada uma
proposta sustentável. Entretanto, é relevante destacar que, para o dimensionamento
desse sistema, observou-se dificuldade em se estabelecer uma representatividade
entre os protocolos de teste e a situação real, especialmente pelo fato de não ter
sido encontrado protocolos de teste para hangares. Dentre os protocolos
pesquisados, notou-se que nem todos os parâmetros que caracterizam a
representatividade foram alcançados. Porém, por se tratar de um trabalho
acadêmico, buscou-se encontrar um protocolo de teste cujos parâmetros mais se
aproximassem da situação real, a fim de viabilizar o cálculo.
Palavras-chave: Reserva técnica de incêndio. Água supernebulizada. Chuveiros
automáticos.
ABSTRACT
This project aimed to demonstrate, through a case study, the reduction of the
volume requirements for fire protection water supply (RTI) of water mist systems
compared to traditional fire sprinkler systems. In order to do that, we have chosen a
hangar for boats, which were calculated both systems. The traditional sprinkler
system was dimensioned adopting the requirements of the State of Rio de Janeiro
Fire Code (COSCIP) and ABNT NBR 10897 / 2007. On the other hand, the water
mist system was dimensioned according the American standard, NFPA 750 / 2000,
due to the absence of a national one. However, as the NFPA 750 recognizes that
there is not a general method for water mist systems, it was necessary to adopt lists
of specifications (test reports containing design criteria, performed in accordance with
recognized test protocols) that were representative of the studied site conditions.
After calculations, we found that the RTI required by traditional sprinkler was 222,20
m³, while the RTI required by the water mist system was 16,88 m³. The conclusion
was that, in this case, the volume required by water mist´s RTI corresponds to 7,6 %
of the volume required by the traditional sprinkler system. Thus, according to the
criteria established by Manzini and Vezzoli (2008) and considering only the
parameter of reduction of water resources, the alternative of adopting the water mist
system is considered a sustainable proposition. However, it is worth noting that, for
the design of this system, there was difficulty in establishing a representation among
test protocols and the actual situation, especially because it was not found test
protocols for hangars. Among the protocols studied, it was noted that not all
parameters that characterize the representativeness were achieved. However, as
this is an academic work, we tried to find a test protocol which parameters approach
the real situation, in order to enable the calculation.
Keywords: Fire protection water supply. Water mist. Traditional sprinkler.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 11
1.1. Objetivos ....................................................................................................... 12
1.2. Importância do trabalho ................................................................................ 13
1.3. Abrangência do estudo ................................................................................. 14
1.4. Metodologia .................................................................................................. 14
2. FUNDAMENTOS DE FOGO E INCÊNDIO ......................................................... 15
2.1. Definição de fogo: ......................................................................................... 15
2.2. Elementos componentes do fogo: ................................................................ 15
2.3. Mecanismo de ignição dos materiais combustíveis ...................................... 16
2.4. Pontos notáveis dos combustíveis:............................................................... 17
2.5. Formas de propagação do fogo .................................................................... 18
2.6. Definição de incêndio ................................................................................... 18
2.7. Classes de incêndio...................................................................................... 19
2.8. Evolução de um incêndio .............................................................................. 19
2.9. Métodos de extinção do incêndio ................................................................. 21
2.10. Agentes extintores ........................................................................................ 21
2.11. A água como agente extintor ........................................................................ 23
2.12. Leis e normas pertinentes ............................................................................ 24
3. SISTEMAS HIDRÁULICOS AUTOMÁTICOS .................................................... 26
3.1. Rede de chuveiros automáticos do tipo “sprinklers” ..................................... 26
3.1.1. Elementos e componentes do sistema .................................................. 26
3.1.2. Operação do sistema............................................................................. 30
3.2. Sistema de água supernebulizada (water mist) ............................................ 31
3.2.1. Elementos e componentes do sistema .................................................. 32
3.2.2. Mecanismos de extinção ....................................................................... 34
3.2.3. Aspectos da tecnologia .......................................................................... 35
3.2.4. Comparações com outros sistemas....................................................... 36
3.2.5. Aplicações do sistema.............................................................................37
4. ESTUDO DE CASO. CÁLCULO DO VOLUME DA RTI ..................................... 39
4.1
Cálculo utilizando a rede de chuveiros automáticos ..................................... 39
4.2
Cálculo utilizando o sistema de água supernebulizada (water mist) ............ 55
5. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 70
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 72
Apêndice A: Jogo de Plantas da Edificação Estudada...............................................74
Apêndice B: Planilha de Cálculo da Rede de Chuveiros Automáticos.......................77
Apêndice C: Planilha de Cálculo do Sistema Water mist...........................................78
Anexo A: Certificação n.º MED B 5046 (Det Norske Veritas).....................................79
11
1.
INTRODUÇÃO
A preocupação com a segurança contra incêndio e pânico no Brasil é recente.
Diferente dos países europeus e dos Estados Unidos da América (EUA), até o início
da década de 1970, o Brasil ainda não havia enfrentado grandes incêndios e não
possuía legislações consolidadas sobre o tema (SEITO et al, 2008). As
recomendações mais completas de segurança contra incêndio nas edificações eram
oriundas do Instituto de Resseguros do Brasil (IRB), onde toda a avaliação e
classificação de risco utilizava como parâmetros o potencial de dano ao patrimônio
(BENTRANO, 2007).
Nos EUA, o marco divisório na Segurança Contra Incêndio foi publicado após
a ocorrência de quatro grandes incêndios que ceifaram mais de mil vidas no período
compreendido entre 1903 e 1911: a quinta edição do “Manual de Proteção Contra
Incêndios” (Handbook Fire Protection), editado em 1914, ampliou a missão da
National Fire Protection Association (NFPA) para a proteção de vidas e não somente
de propriedades (SEITO et al, 2008). No Brasil, a evolução da legislação não foi
diferente, ocorrendo após uma sequência de tragédias.
O primeiro grande incêndio em prédios elevados no Brasil ocorreu em 1972,
no edifício Andraus, localizado na cidade de São Paulo, causando a morte de 16
pessoas e 336 feridos. Dois anos após o evento, novamente em São Paulo, o
incêndio no Edifício Joelma provocou a morte de 169 pessoas, onde algumas delas
se projetaram pela fachada do prédio, gerando forte comoção popular e a percepção
por parte da sociedade de que algo medidas deveriam ser adotadas para reduzir tais
desastres (SEITO et al, 2008).
No Estado do Rio de Janeiro, no ano de 1975, foi publicado o Decreto-Lei nº
247, que atribuiu ao Corpo de Bombeiros Militar do Estado do Rio de Janeiro o
estudo, o planejamento, a fiscalização e a execução das normas que disciplinam a
segurança das pessoas e dos seus bens, Contra Incêndio e Pânico em todo o
estado do Rio de Janeiro. No ano seguinte o decreto-lei foi regulamentado pelo
Decreto Estadual 897 de 21 de setembro de 1976, o Código de Segurança Contra
Incêndio e Pânico do Estado do Rio de Janeiro (CoSCIP) - a primeira legislação
brasileira dedicada exclusivamente ao tema. O CoSCIP permanece em vigor, tendo
sido atualizado por diversas resoluções e portarias (SEITO et al, 2008).
12
Com o intuito de inserir tais espécies normativas ao código de maneira
simples e organizada e de incorporar novas tecnologias, foi formado um grupo de
trabalho, composto por oficiais do CBMERJ, com a missão de submeter à
Assembleia Legislativa do Estado do Rio de Janeiro a proposta de um novo COSCIP
(DIRETORIA GERAL DE SERVIÇOS TÉCNICOS, 2012). Nesse contexto, o sistema
de água supernebulizada, também conhecido como water mist, se apresenta como
uma tecnologia ainda não aceita pelo código.
O sistema water mist é um dispositivo fixo e automático de combate a
incêndio que utiliza gotículas de água com diâmetros inferiores a 1000 μm
(NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION, 2000b). Essa característica da
gota o diferencia das tradicionais redes de chuveiros automáticos do tipo “sprinkler”,
lhe concedendo vantagens, principalmente do ponto de vista ambiental.
Apesar do sistema de água supernebulizada ser uma tecnologia com mais de
50 anos, seu uso ainda é restrito no Brasil. Talvez uma das causas dessa pouca
aplicabilidade seja a falta de legislações, normas e trabalhos acadêmicos nacionais
que tratem sobre o tema. Apesar de raros, ainda encontramos estudos que avaliam
o water mist sob um aspecto qualitativo, mas nada que apresente detalhes de seu
dimensionamento. Sendo assim, o aspecto inovador do presente trabalho está,
justamente, em preencher tal lacuna, englobando aspectos de projeto para o cálculo
do volume requerido pela reserva técnica de incêndio do sistema water mist e a
comparação com o sistema tradicional.
1.1. Objetivos
O objetivo geral do trabalho é demonstrar, quantitativamente, a redução do
volume de água requerido por um sistema de água supernebulizada se comparado
ao sistema de rede de chuveiros automáticos do tipo “sprinkler”, através de um
estudo de caso.
Os objetivos específicos deste trabalho são:
a)
Apresentar os fundamentos da ciência do fogo e do incêndio, métodos e
agentes extintores;
13
b)
Apresentar o Código de Segurança Contra Incêndio e Pânico do Estado do
Rio de Janeiro e o sistema de combate a incêndio automático por ele
adotado, ou seja, a rede de chuveiros automáticos do tipo “sprinkler”;
c)
Apresentar o sistema de água supernebulizada, ainda não aceito pelo
COSCIP;
d)
Propor um local para ser estudado;
e)
Dimensionar a rede de chuveiros automáticos do tipo “sprinkler” e o sistema
de água supernebulizada para o local proposto;
f)
Comparar o volume de água requerido pela reserva técnica de incêndio entre
os sistemas dimensionados, apresentando o valor da redução do consumo de
água na concepção do projeto do sistema de água supernebulizada.
1.2. Importância do trabalho
De acordo com a literatura técnica, os sistemas de água supernebulizada
requerem menos água para o combate a incêndio que os sistemas tradicionais
automáticos, ou seja, reduzem o consumo de recursos hídricos na sua concepção.
Sendo assim, se enquadram no que Manzini & Vezzoli (2008) classificam como uma
alternativa positiva para o ambiente. Porém, o sistema de água supernebulizada,
ainda não é aceito no código fluminense de segurança contra incêndio e pânico.
Sendo assim, trabalhos que abordam o tema, especialmente quando tratam
de critérios de dimensionamento ainda não encontrados em língua portuguesa,
podem despertar nos órgãos técnicos e nos legisladores a importância de atualizar
as normas e legislações de segurança contra incêndio e pânico com novas
tecnologias que agregam aspectos ambientalmente positivos. Sobretudo no Estado
do Rio de Janeiro, onde há um grupo de trabalho com o objetivo de reformular o
COSCIP.
Além dos entes normativos, o conhecimento básico dos detalhes de
dimensionamento e dos fatores positivos e negativos dos sistemas automáticos de
combate a incêndio pode facilitar a tomada de decisão de projetistas na escolha do
sistema a ser empregado.
14
1.3. Abrangência do estudo
O trabalho aborda critérios de dimensionamento necessários ao cálculo da
RTI em sistemas automáticos de combate a incêndio que utilizam a água como
agente extintor. Ao tratar das redes de chuveiro automático do tipo “sprinkler”,
adotamos o método proposto no Código de Segurança Contra Incêndio e Pânico do
Estado do Rio de Janeiro. Já para calcular o sistema de água supernebulizada,
adotamos os requisitos propostos na NFPA 750 / 2000, por falta de legislação
nacional.
Cabe destacar que não faz parte do escopo do trabalho a análise custobenefício da implantação dos sistemas, sendo abordado o aspecto exclusivo da
redução do consumo de recursos hídricos na concepção do projeto.
1.4. Metodologia
Trata-se de um estudo comparativo quantitativo entre a aplicação de dois
sistemas automáticos de combate a incêndio. Para tanto, foi consultada a legislação
de segurança contra incêndio e pânico do Estado do Rio de Janeiro, dos Estados
Unidos da América, normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas e
certificações emitidas por órgãos de teste de incêndio internacionalmente
reconhecidos.
Além da consulta às normas e legislações, também foram abordados
aspectos qualitativos dos sistemas mencionados através da consulta à literatura
técnica de autores brasileiros consagrados e da entrevista aos representantes
comerciais da tecnologia de água supernebulizada no Brasil.
15
2.
FUNDAMENTOS DE FOGO E INCÊNDIO
2.1. Definição de fogo
De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (1997, p.6), “o
fogo é o processo de combustão caracterizado pela emissão de calor e luz”. A partir
dessa definição, entendemos que, para compreender o conceito do fogo, é
necessário que entendamos a dinâmica da combustão.
Cabral e Lago (2002) nos ensinam que a combustão é a reação química de
oxidação de um combustível que resulta na liberação de energia. Dentre as reações
de combustão mais importantes, Aragão (2010) elege a combustão do carbono
como a de maior destaque, por ser o elemento mais comum e abundante nos
combustíveis. Abaixo, podemos verificar a reação química de combustão de um
hidrocarboneto:
Figura 1 - Química da combustão do propano
Fonte: Reações, 2013
2.2. Elementos componentes do fogo
Adotando os mesmos princípios da combustão, Bentrano (2007) ensina que
para que haja a ocorrência do fogo, deve haver a concorrência simultânea do
material combustível, do comburente (oxigênio) e de uma fonte de calor (energia de
ativação), formando o chamado triângulo do fogo. Agora, para que haja a sua
propagação após a sua ocorrência, deve haver a transferência de calor de molécula
para molécula do material combustível gerando, então, a reação química em cadeia.
Pela teoria do tetraedro do fogo, para que o fogo se mantenha é necessária a
coexistência de cada uma das quatro faces que representam os elementos do fogo:
o combustível, o comburente, o calor e a reação química em cadeia (SEITO et al,
2008), como pode ser observado na representação gráfica abaixo:
16
Figura 2 - Tetraedo do Fogo
Fonte: Seito et al, 2008
2.3. Mecanismo de ignição dos materiais combustíveis
Segundo Seito et al (2008), os mecanismos de ignição variam de acordo com
o estado físico dos materiais combustíveis.
a)
Combustíveis sólidos:
Quando um combustível sólido é exposto a uma determinada energia térmica,
sofre o processo de pirólise. Segundo Feltre (1977), a pirólise é uma reação química
de decomposição pelo calor, ou seja, a substância se divide um duas ou mais
substâncias de estruturas mais simples. O produto gasoso da reação reage com o
oxigênio e, em determinadas proporções, forma a mistura inflamável1 que, na
presença de calor, se inflama (SEITO et al, 2008).
Segundo a Polícia Militar do Estado de São Paulo (2011a), os sólidos
pirofóricos2 não se comportam conforme o mecanismo descrito.
1
Aragão (2010) ensina que, para haver a combustão, é necessário que os gases ou vapores estejam
em determinadas proporções com o oxigênio (mistura inflamável). Esta proporção varia de acordo
com o combustível e é denominada de faixa de inflamabilidade e é delimitada pelo limite inferior de
inflamabilidade e pelo limite superior de inflamabilidade.
2
De acordo com a National Fire Protection Association (2013, p.15, tradução nossa), um material
pirofórico é “um elemento químico que se inflama espontaneamente ao entrar em contato com o ar a
uma temperatura igual ou inferior a 54,5º C”.
17
b)
Combustíveis líquidos:
Quando um líquido combustível é exposto a uma determinada energia
térmica, sofre o fenômeno físico da evaporação. Segundo Cabral (2002, p. 112), a
evaporação é o processo pelo qual as partículas deixam a superfície de um líquido,
vencendo as forças de atração e passam para o estado gasoso, mesmo em
temperaturas inferiores à temperatura de ebulição. O gás formado entra em contato
com o ar, e, em determinadas proporções, forma a mistura inflamável que, na
presença de calor, se inflama (SEITO et al, 2008).
c)
Combustíveis gasosos:
Quando o combustível gasoso entra em contato com oxigênio, em
determinadas proporções, forma a mistura inflamável que, na presença de calor, se
inflama (SEITO et al, 2008).
2.4. Pontos notáveis dos combustíveis
As reações de combustão são reguladas pelos seguintes parâmetros
relacionados à temperatura, chamados por Aragão (2010) de funções de estado dos
combustíveis:
a)
Ponto de fulgor:
É a temperatura mínima na qual os vapores desprendidos pelos combustíveis
se incendeiam ao entrar em contato com a fonte externa de calor, mas se apagam
se a fonte for retirada.
b)
Ponto de combustão:
É a temperatura mínima na qual os vapores desprendidos pelos combustíveis
se incendeiam ao entrar em contato com a fonte externa de calor e continuam a
queimar mesmo com a retirada da fonte.
c)
Ponto de ignição:
18
É a temperatura mínima na qual os vapores desprendidos
pelos
combustíveis, suficientemente aquecidos, se incendeiam pelo simples contato com o
oxigênio do ar.
2.5. Formas de propagação do fogo
A propagação do fogo está relacionada com os mecanismos de transmissão
de calor. De acordo com Cabral e Lago (2002, p. 42), o “calor é a energia transferida
entre dois corpos em virtude, apenas, da diferença de temperatura”, sendo seus
mecanismos de transferência a condução, a convecção e a irradiação.
A “condução é o processo de transferência de calor, através de um material,
pela troca de energia entre partículas adjacentes” (CABRAL; LAGO, 2002, p. 48). Na
propagação do fogo, pode se dar pelo contato de um material aquecido pelo fogo
que conduz calor até o outro ou pelas próprias labaredas (BENTRANO, 2007).
A “convecção é o processo de transferência de calor por meio do
deslocamento de matéria de um local para o outro” (CABRAL; LAGO, 2002, p. 46).
Por diferença de densidade, os gases mais aquecidos tendem a subir, onde o fluido
entra em contato com outros combustíveis e os aquece.
A “irradiação é a transferência de energia por intermédio de ondas
eletromagnéticas” (CABRAL; LAGO, 2002, p. 53). A agitação térmica de átomos e
moléculas é um dos mecanismos de produção de ondas eletromagnéticas, que
transportam energia de um local para o outro, mesmo sem a presença de matéria.
2.6. Definição de incêndio
Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (1997, p.6), o incêndio
é o “fogo fora de controle”. Já a Polícia Militar do Estado de São Paulo (2011a, p.12)
define o incêndio como “o fogo indesejável, qualquer que seja sua dimensão”.
Portanto, o incêndio é um evento negativo e precisa ser combatido.
19
2.7. Classes de incêndio
De acordo com a NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION (1998), os
incêndios são classificados, de acordo com o material combustível, em cinco
classes:
a)
Classe A
Incêndios em combustíveis sólidos comuns, como madeira, tecidos e alguns
plásticos. De acordo com Bentrano (2007), esses combustíveis queimam em
superfície e profundidade e deixam resíduos após a combustão.
b)
Classe B
Incêndios em líquidos combustíveis e inflamáveis, graxas de petróleo,
alcatrão, óleos, tintas à base de óleo, solventes, lacas, alcoóis e gases inflamáveis.
De acordo com Bentrano (2007), os combustíveis líquidos queimam apenas em
superfície e não deixam resíduos após a combustão.
c)
Classe C
Incêndios que envolvem equipamentos elétricos energizados.
d)
Classe D
Incêndios em metais combustíveis pirofóricos, como magnésio, titânio,
zircônio, sódio, lítio, e potássio.
e)
Classe K
Incêndios em equipamentos de cozinha que utilizam um meio combustível
para cocção dos alimentos (óleos e gorduras vegetais ou animais).
2.8. Evolução de um incêndio
A maioria dos incêndios começa incipiente e se desenvolve conforme o
primeiro material em combustão, as características do comportamento ao fogo dos
materiais na proximidade do material e de sua distribuição no ambiente. A evolução
da maioria dos incêndios pode ser representada pelo gráfico abaixo (SEITO et al,
2008):
20
Figura 3 - Evolução de um incêndio padrão (celulósico)
Fonte: Seito et al, 2008
O primeiro estágio, conhecido como pré-ignição, é o incêndio incipiente
caracterizado pela liberação lenta de gases combustíveis, fumaça e calor até a
ignição.
A partir desse momento, se inicia o crescimento do incêndio, caracterizado
pelo crescimento das chamas para outros objetos adjacentes e ou para cobertura ou
teto. Quando a temperatura do ambiente atingir em torno de 600ºC, todo ambiente é
tomado por gases e vapores combustíveis desenvolvidos pela pirólise dos
combustíveis sólidos e pela evaporação dos líquidos inflamáveis e ocorrerá a
inflamação generalizada do ambiente, conhecida como flashover.
No terceiro estágio, conhecido como incêndio desenvolvido, as temperaturas
atingirão seu valor máximo e todo ambiente será tomado por grandes labaredas. A
duração desse estágio e a temperatura máxima a ser atingida estão relacionados
aos fatores limitantes do incêndio: a carga de incêndio1 e o suprimento de oxigênio
(comburente). Caso as aberturas sejam insuficientes para a queima dos
combustíveis, o oxigênio será o fator limitante; caso contrário, a carga de incêndio
será o fator limitante.
O quarto estágio é caracterizado pela redução na intensidade e severidade do
incêndio, resultando na redução gradual da temperatura.
1
A carga de incêndio é a “é a soma das energias caloríficas possíveis de serem liberadas pela
combustão completa de todos os materiais combustíveis em um espaço, inclusive os revestimentos
das paredes, divisórias, pisos e tetos” (POLÍCIA MILITAR DO ESTADO DE SÃO PAULO, 2011b, p.2).
21
2.9. Métodos de extinção do incêndio
De acordo com Bentrano (2007), para que haja a extinção do fogo é
necessário eliminar, no mínimo, um de seus elementos. Desta forma, os métodos de
extinção são definidos conforme o elemento que se pretende neutralizar:
a)
Extinção por isolamento: retirada do material combustível.
b)
Extinção por abafamento: evitando que o oxigênio do ar entre em contato
com o material combustível ou reduzindo a concentração de oxigênio no
ambiente.
c)
Extinção por resfriamento: absorvendo o calor da reação de combustão
com a utilização de um agente extintor.
d)
Extinção química: interrupção da reação química em cadeia.
Figura 4 - Métodos de extinção do incêndio
Fonte: Polícia Militar do Estado de São Paulo, 2011a
2.10. Agentes extintores
Segundo SEITO et al (2008), os principais agentes extintores são:
22
a)
Água:
A água, o principal agente extintor, será descrita e discutida no próximo
capítulo.
b)
Espuma aquosa ou mecânica:
É composta por bolhas de ar formadas a partir da agitação de uma mistura de
água e de um agente concentrado, conhecido como líquido gerador de espuma
(LGE), com a aspiração de ar atmosférico. É utilizada na extinção de incêndios em
líquidos derramados ou armazenados em tanques combustíveis. Extingue o incêndio
por abafamento e por resfriamento (BENTRANO, 2007).
c)
Agentes gasosos:
Segundo Seito et al (2008), as principais vantagens dos agentes gasosos são
a não condutibilidade elétrica, a adequabilidade para incêndios de classe A, B e C e
a não geração de resíduos que podem ser danosos aos equipamentos elétricoeletrônicos.
O Protocolo de Montreal, assinado em 1987, estabeleceu critérios para a
proteção da camada de ozônio, proibindo a utilização do gás Halon 1211 e Halon
1301, que era o produto-padrão para proteção dos Centros de Processamento de
Dados. Tal proibição está ratificada pela resolução CONAMA 267/200 (SEITO et al,
2008).
A National Fire Protection Association (2000a) classificou os agentes gasosos
em 02 categorias:
i. Agentes limpos:
Não apresentam risco asfixiante às pessoas. Dividem-se em gases inertes
(Inergen, Argon e Argonite), que combatem o incêndio reduzindo a concentração de
oxigênio no ar em até 12%, ou seja, sem riscos à respiração humana e em gases
ativos (FM-200, FE-277, Novec) que atuam na retirada de energia térmica do
incêndio (resfriamento) e na interrupção da reação química em cadeia do processo
de combustão.
ii. Gás carbônico:
Extingue o incêndio por abafamento. Porém, este agente pode reduzir a
concentração de oxigênio do ambiente para valores que impossibilitam a respiração
humana, ou seja, trazendo efeitos asfixiantes (COSTA NETO; MAINIER, 2012).
23
d)
Pó Químico Seco (PQS):
Segundo Bentrano (2007), o PQS é composto por sais misturados a aditivos,
que concedem ao pó estabilidade. Extinguem o incêndio por abafamento,
resfriamento e, principalmente, pelo rompimento da reação química em cadeia,
transformando as moléculas de hidrocarbonetos em hidroxilas inertes na zona das
chamas. O PQS pode ser utilizado em líquidos inflamáveis e em equipamentos
elétricos energizados, sendo que, neste último, apresenta o inconveniente de que os
resíduos gerados podem danificá-los.
2.11. A água como agente extintor
A água foi o primeiro elemento utilizado pelo homem no combate a incêndio e,
até os dias atuais, permanece sendo o agente mais empregado para tal fim, em
virtude de suas características.
Primeiramente, a maior parte da superfície terrestre é composta por água,
tornando-a, dentre os agentes extintores, o menos oneroso e mais abundante. Além
disso, a água tem propriedades físicas favoráveis ao resfriamento das chamas. Seu
elevado poder calorífico específico1 associado ao alto calor latente de vaporização 2
permite que a água absorva considerável quantidade de calor da chama
combustível. Além disso, a água, ao passar para o estado gasoso, aumenta seu
volume em 1640 vezes, reduzindo a concentração de oxigênio em torno do
combustível, favorecendo a extinção do fogo por abafamento, e a concentração de
vapores combustíveis (COSTA & MAINIER, 2012). Quanto aos riscos químicos,
Bentrano (2007) salienta que a água não é tóxica nem corrosiva.
Segundo (Bentrano, 2007), o efeito extintor da água pode ser modificado
conforme o tipo de jato que é aplicado no combate ao incêndio.
O jato compacto é produzido à alta pressão por um esguicho com orifício de
descarga circular, extinguindo o incêndio, principalmente, por resfriamento. O
sucesso da extinção depende da vaporização da água na imediata proximidade do
material em combustão (SEITO et al, 2008; Bentrano, 2007).
1
Segundo Cabral e Lago (2002), o poder calorífico (cal/ºC.g) pode ser entendido como a energia (cal)
necessária para elevar a temperatura de 1g de água em 1ºC.
2
Segundo Cabral e Lago (2002),, o calor latente de vaporização (cal/g) é a energia necessária para
que ocorra a mudança da fase líquida para gasosa.
24
Já o jato de neblina (neblinado) é o jato fragmentado em pequenas gotículas
que permitirão uma maior superfície de contato, resultando num aumento na
capacidade de absorção do calor do ambiente com o mesmo volume de água. Além
disso, simultaneamente ao resfriamento, as gotículas aplicadas vaporizar-se-ão e
criarão uma espécie de camada de vapor d´a água no entorno do material em
combustão, contribuindo para extinguir o incêndio por abafamento (SEITO et al,
2008; Bentrano, 2007).
Bentrano (2007) classifica os dispositivos de combate a incêndio em
dispositivos móveis e fixos. Os móveis são os aparelhos extintores de incêndio. Já
os dispositivos fixos se classificam em:
a)
Sistemas sob comando:
São as canalizações e redes preventivas. Suas tomadas de água (caixa de
incêndio ou hidrante) são distribuídas estrategicamente nas edificações. Necessitam
ser operados manualmente na ocorrência de um incêndio.
b)
Sistemas automáticos:
São dispositivos que entram em operação automaticamente por ocasião de
um incêndio, acionados por algum elemento oriundo da combustão, ou seja, calor ou
gases (fumaça). Podem ser divididos em rede de chuveiros automáticos do tipo
“sprinklers” e em sistemas de água supernebulizada, também conhecidos como
sistemas water mist.
2.12. Leis e normas pertinentes
O governador do Estado do Rio de Janeiro, no uso de suas atribuições,
decretou, em 21 de julho de 1975, o Decreto-lei n.º 247. Tal legislação atribuiu ao
Corpo de Bombeiros o estudo, o planejamento, a fiscalização e a execução das
normas que disciplinam a segurança contra incêndio e pânico no âmbito do Estado
do Rio de Janeiro. Nesse sentido, ficou estabelecida a condicionante para a
expedição do “Alvará de Funcionamento” ou do “Habite-se”, a obtenção do
Certificado de Aprovação expedido pelo CBMERJ.
25
No ano seguinte, foi publicado o Decreto Estadual n.º 897 de 21 de setembro
de 1976, o Código de Segurança Contra Incêndio e Pânico do Estado do Rio de
Janeiro. O referido código estabeleceu os requisitos, ou seja, os dispositivos fixos e
móveis e os padrões construtivos que serão exigidos para todos os tipos de
edificação, conforme seu risco.
Para acompanhar a evolução tecnológica e dirimir dúvidas na interpretação
da legislação, o COSCIP foi atualizado por outros decretos e resoluções. Podemos
citar o Decreto estadual 35.671/2004, que dispõe sobre edificações construídas
anteriormente à vigência do código e a Resolução SEDEC n.º 142/94, que aprova
normas complementares ao código, dentre elas, o procedimento para o
credenciamento, junto ao CBMERJ, de empresas e engenheiros de segurança do
trabalho – profissionais responsáveis técnicos pela elaboração de projetos de
segurança contra incêndio e pânico.
O código fluminense também faz referências às normas da Associação
Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Ele adota os parâmetros de projeto e
execução, conforme quadro abaixo:
NBR 10897
NBR 14024
NBR 14570
NBR 5410
NBR 10898
NBR 12236
NBR 13434
NBR 14880
NBR 13523
NBR 13932
NBR 5419
Rede de Proteção por chuveiros automáticos
Centrais prediais e industriais de gás liquefeito do petróleo
Instalações internas para uso alternativo dos gases GN e GLP – projeto e execução
Instalações elétricas de baixa tensão
Iluminação de emergência
Critérios de projeto, montagem e operação de postos de gás combustível
comprimido
Sinalização de emergência
Saídas de emergência em edifícios - escadas de segurança – controle de fumaça
por pressurização
Central predial de gás liquefeito do petróleo
Instalações internas de gás liquefeito do petróleo
Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas
Quadro 1 - Relação de normas da ABNT referenciadas pelo COSCIP
Fonte: COSCIP, 2006
Lembramos que as normas da ABNT só ganham força de lei quando são
referenciadas pelo código. Portanto, quando há divergências entre o COSCIP e as
normas, deve-se adotar o que está estabelecido no código.
26
3.
SISTEMAS HIDRÁULICOS AUTOMÁTICOS
3.1. Rede de chuveiros automáticos do tipo “sprinklers”
A rede de chuveiros automáticos é um sistema fixo de combate a incêndio
que entra em operação automaticamente, quando detecta a presença de calor ou
fumaça, acionando o sistema de alarmes e liberando a passagem de água para
controlar1 ou, até mesmo, extinguir o incêndio em seu estágio inicial (SEITO et al,
2008). É o dispositivo fixo automático de combate a incêndio por água aceito pelo
COSCIP.
De acordo com art. 76 do CoSCIP, o projeto e a instalação de chuveiros
automáticos do tipo sprinkler é executada obedecendo à ABNT NBR 10897: Rede
de proteção por chuveiros automáticos.
Já os tipos de edificações nos quais o dispositivo será exigido, bem como em
quais locais deverão ser instalados os bicos, estão previstos no artigo 80 do referido
código.
O sistema adotado é, em regra, o de tubo molhado2. Outros tipos de sistemas,
como o de tubo seco, são aceitos pelo COSCIP em aplicações específicas ou
edificações construídas anteriormente à vigência do decreto.
3.1.1. Elementos e componentes do sistema
De acordo com a NBR 10897 / 2007, os elementos e componentes da rede de
chuveiros automáticos são apresentados na figura abaixo:
1
Bentrano (2007) ensina que o controle do incêndio consiste em limitar a evolução do incêndio até a
chegada do Corpo de Bombeiros.
2
Sistema onde a tubulação permanece constantemente com suprimento hídrico, de maneira que a
água seja descarregada, imediatamente, quando o sistema entrar em operação (ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2007).
27
Figura 5 - Esquema Isométrico de uma rede de chuveiros automáticos
Fonte: Seito et al, 2008
a)
Reserva técnica de incêndio (sistema de reservação):
A RTI é uma parcela da água da edificação que é armazenada para ser
utilizada somente em caso de incêndio. Para tanto, a tomada d´água da coluna de
distribuição de água fria é posicionada em uma altura superior à tomada de água da
coluna de combate a incêndio. A Reserva Técnica de Incêndio (RTI) pode ser
localizada em reservatório inferior (sistema chamado de sucção negativa) ou no
reservatório superior (sucção positiva).
28
Figura 6 - Corte esquemático de uma edificação: RTI (sucção positiva)
Fonte: COSCIP, 2006
Figura 7 - Esquema vertical: RTI (sucção negativa)
Fonte: Adaptado do COSCIP, 2006
29
Para o cálculo do volume da RTI requerida pela rede de chuveiros
automáticos, primeiramente devemos adotar o procedimento de dimensionamento
pelo método calculado, previsto na NBR 10897 / 2007.
Por fim, para calcularmos a RTI da rede de chuveiros automáticos, basta
multiplicar a vazão acumulada do último trecho (l/min) por 30 minutos, caso a área
seja enquadrada no risco pequeno ou médio do COSCIP, ou 60 minutos, em caso
de risco grande (conforme artigo 6º da Resolução SEDEC n.º 300). O volume da RTI
da rede de chuveiros automáticos corresponde a um volume consideravelmente
superior que a RTI da canalização/rede preventiva.
b)
Casa de Máquinas de Incêndio (sistema de comando e pressurização):
No interior da Casa de Máquinas de Incêndio (CMI) estão localizados os
equipamentos responsáveis por, ao verificar a queda de pressão resultante do
rompimento do elemento termossensível, acionar o sistema de bombas e manter a
pressão de combate nos parâmetros requeridos pela área de operação, sendo:
1. Eletrobomba ou bomba acionada por motor a explosão do tipo centrífuga;
2. Pressostato1 (sucção negativa) ou chave de fluxo2 (sucção positiva);
3. Demais
apetrechos
elétricos
e
hidráulicos
complementares
ao
funcionamento das bombas;
4. Sistema de alarme.
Vale ressaltar que todo o circuito elétrico da CMI possui alimentação
independente.
c)
Sistema de distribuição
É composto pela tubulação e pela válvula de governo e alarme (VGA). A
tubulação pode ser dos ramais, das subidas, das subgerais e da geral. A VGA é uma
válvula de retenção com uma série de orifícios onde são ligados componentes de
controle e alarme (válvula de drenagem, manômetros, pressostato, válvula de fluxo e
alarme), cuja função básica é dividir uma rede de chuveiros automáticos em
diferentes zonas de proteção. Sua exigência é avaliada segundo o risco da
edificação e a área ocupada pelos chuveiros automáticos (SEITO et al, 2008).
1
“O pressostato aciona o sistema automaticamente devido a uma variação de pressão hidráulica na
tubulação” (SEITO et al, 2008, p. 237).
2
“A chave de fluxo aciona o sistema automaticamente pelo deslocamento de água na tubulação”
(SEITO et al, 2008, p. 237).
30
d)
Chuveiros
Os chuveiros, também chamados de sprinklers, podem ser do tipo aberto ou
automático. Os chuveiros automáticos dispõem de componente termossensível, que
pode ser bulbo de vidro ou solda eutética. Já os sprinklers abertos não são providos
do elemento termossensível, sendo adotados no sistema dilúvio. O defletor é outro
importante componente do chuveiro, já que seu desenho define a forma do jato e a
maneira como o chuveiro será distribuído para proteger a área (SEITO et al, 2008).
e)
Hidrante de recalque (hidrante de passeio)
É o prolongamento da tubulação até o passeio com a finalidade de permitir
que o Corpo de Bombeiros pressurize o sistema com água de fontes externas, caso
necessário (BENTRANO, 2007).
3.1.2. Operação do sistema
Por ser menos denso que o ar na temperatura ambiente, os gases quentes
resultantes de um foco de incêndio tendem a se acumular junto ao teto. Ao atingir
temperaturas específicas, o elemento termossensível dos bicos se rompe soltando o
disco obturador. A água incide sobre um defletor que irá aplicar um jato em neblina
abrangendo determinado raio de ação sobre o local (BENTRANO, 2007).
O escoamento causará uma queda de pressão na rede, como pode ser
verificado na figura abaixo. O pressostato ou a chave de fluxo será acionado e as
bombas entrarão em funcionamento, bem como o sistema de alarmes.
Figura 8 - Conexão setorial de dreno, ensaio e alarme
Fonte: ABNT NBR 10897, 2007
31
3.2. Sistema de água supernebulizada (water mist)
O sistema de água supernebulizada, também conhecido como water mist
system, foi introduzido na década de 1940 nos EUA para fins específicos (uso em
navios de passageiros, por exemplo) permanecendo no segundo plano por quase
meia década. Entretanto, a restrição do comércio de agentes extintores à base de
compostos orgânicos halogenados (gás halon), proposta pelo Protocolo de Montreal
(1987) aliada à necessidade construtiva de se reduzir a área ocupada pelas reservas
técnicas de combate a incêndio, proporcionaram que o interesse no sistema water
mist fosse reavivado. Com o intuito de garantir a funcionalidade do sistema bem
como sua padronização, em 1993, foi formado o grupo de pesquisa que veio a
elaborar a NFPA 750 – Standard on Water mist Fire Protection Systems (NATIONAL
FIRE PROTECTION ASSOCIATION, 2000b).
O sistema de água supernebulizada é um sistema fixo de proteção contra
incêndio que utiliza gotículas de água com diâmetros inferiores a 1000 μm para a
extinção, supressão ou controle de incêndios (COSTA; MAINIER, 2012) ainda não
aceito pelo COSCIP.
A NFPA 750 / 2000 define as expressões extinção, controle e supressão de
incêndios. A extinção é a supressão total de um incêndio, até que não haja queima
de combustíveis no ambiente. O controle é a limitação do crescimento de um
incêndio através da umidificação de combustíveis adjacentes ao material em
combustão e do controle da temperatura dos gases junto ao teto para evitar danos
estruturais à edificação. A supressão é a redução acentuada da taxa de liberação de
calor de um incêndio e a prevenção de seu novo crescimento.
O grande diferencial do sistema é a aplicação dessas pequenas gotas no
combate, que permitem uma maior área do ambiente coberta pela água (ver quadro
2), resultando num aumento da taxa de transferência de calor dos combustíveis para
a gota, resfriando o ambiente e reduzindo a concentração de oxigênio no entorno do
combustível, com um mesmo volume do fluido (NATIONAL FIRE PROTECTION
ASSOCIATION, 2000b). Em outras palavras, o sistema permite que o incêndio seja
extinto ou controlado com um menor volume de água que os sistemas tradicionais.
32
Quadro 2 - Relação da área de superfície coberta por 1 litro de água com o tamanho da gota
Fonte: Dzeta Flughafen Services, 2012
3.2.1. Elementos e componentes do sistema
O sistema de água supernebulizada possui inúmeras semelhanças à rede de
chuveiros automáticos do tipo “sprinklers”. Dzeta Flughafen Services (2012) separa
os componentes do sistema em:
a)
Bicos aspersores:
São dispositivos confeccionados em aço inoxidável com saídas (orifícios)
distribuídas radialmente e que geram gotículas d´água. O diâmetro das gotículas
dependerá do diâmetro dos orifícios, da pressão de operação e da velocidade do
jato (COSTA; MAINIER, 2012). Encontramos bicos providos de elemento
termossensível e aqueles nos quais o dispositivo é ausente:
Figura 9 - Bico aspersor sem elemento termossensível
Fonte: Costa Neto e Mainier, 2012
Figura 10 - Bico aspersor com elemento termossensível
Fonte: Dzeta Flughafen Services, 2012
33
b)
Tubulação e válvulas:
Ambas são confeccionadas em aço inoxidável. A tubulação apresenta fácil
moldagem e é leve, se comparada ao ferro fundido.
c)
Filtros:
Responsáveis por impedir a chegada de partículas em suspensão no interior
da RTI. Cabe destacar que, em virtude do pequeno diâmetro dos orifícios dos
aspersores e da decorrente possibilidade de entupimento dos mesmos, a qualidade
da fonte d´água que abastece o sistema deve ser semelhante à água potável ou
água do mar natural, em termos de sólidos dissolvidos e de particulados. O diâmetro
do orifício do filtro a ser adotado deve possuir até 80% do diâmetro do menor orifício
do aspersor (NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION, 2000b).
d)
Sistema
de
reservação
associado
ao
sistema
de
comando
e
pressurização
É composto pela RTI associada a uma bomba de pistão axial, no caso do
sistema de fluido simples (single fluid), ou a um sistema de cilindros de gás (ar,
nitrogênio ou outro gás inerte), em caso de sistema de fluido duplo (twin fluid)
(NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION, 2000b).
A NFPA 750 / 2000 estabelece 03 faixas de pressão na qual a tubulação de
distribuição estará submetida, conforme o quadro abaixo:
Tipo de sistema
Baixa pressão
Média pressão
Alta pressão
Faixa de pressão
Menor que 12,1 bar
Entre 12,1 bar e 34,5 bar
Maior que 34,5 bar
Quadro 3 - Tipos de sistema quanto a pressão na distribuição
Fonte: NFPA 750, 2000b
O acionamento pode ser feito através do rompimento do elemento
termossensível do bico aspersor ou através da detecção de calor ou fumaça. Ao
verificar a queda de pressão ou ser detectada a condição de anormalidade, a bomba
de pistão é acionada (no sistema single fluid) ou é liberada a saída do gás do cilindro
(no sistema twin fluid), pressurizando o sistema.
34
Figura 11 - Water mist system: Esquema do Sistema Twin Fluid
Fonte: Costa Neto e Mainier, 2012
3.2.2. Mecanismos de extinção
De acordo com a National Fire Protection Association (2000), há 03
mecanismos de extinção ou controle do incêndio:
a)
Resfriamento:
Pode ocorrer de duas formas. Quando as gotículas entram em contato com as
chamas e quando as gotículas entram em contato com o material combustível que
ainda não atingiu seu ponto de fulgor. Em ambos os casos, há a transferência de
calor para a gota, que se vaporiza.
b)
Substituição do oxigênio pelo vapor d’água
A água, quando se vaporiza, expande em torno de 1640 vezes seu volume
líquido inicial. Essa expansão provoca uma redução na concentração do oxigênio na
mistura do ar com o vapor combustível, contribuindo para extinguir o incêndio por
abafamento.
c)
Atenuação do calor irradiante
Ocorre quando as gotículas em suspensão no ambiente formam uma barreira
contra o calor irradiante, absorvendo a energia e reduzindo a taxa de pirólise ou
evaporação dos combustíveis. A barreira será mais eficiente se for composta por
35
gotículas em névoa densa, em comparação com gotas grandes (COSTA NETO;
MAINIER, 2012).
3.2.3. Aspectos da tecnologia
A norma americana chama de water mist sistemas de chuveiros automáticos
que combatem o incêndio com gotículas de até 1000 microns. Entretanto, pesquisas
mostram que gotículas menores que 400 microns são fundamentais para a extinção
de incêndios Classe B. Já gotículas maiores que 400 microns são eficientes para
combustíveis Classe A (NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION, 2000b) .
As gotas menores apresentam uma maior superfície de contato com o
ambiente, facilitando a transferência de calor para a gota e sua vaporização,
reforçado pelo fato de permanecerem mais tempo em suspensão. Entretanto, por
serem muito pequenas (pouca massa), apresentam dificuldades para penetrar na
pluma de incêndio e alcançar a superfície do combustível (NATIONAL FIRE
PROTECTION ASSOCIATION, 2000b).
Nos líquidos inflamáveis, gotas com diâmetros maiores podem causar o
lançamento de combustíveis ao atingirem a superfície do líquido, aumentando a
intensidade do incêndio. Enquanto que nos sólidos, gotas maiores conseguem
passar pelas chamas e penetrar no material (lembramos que combustíveis classe A
queimam em superfície e profundidade). Além disso, gotas maiores podem
promover o arrasto de gotas menores para o foco do incêndio (COSTA NETO;
MAINIER, 2012).
Sendo assim, entendemos que o diâmetro da gota, por si só, não determina a
eficiência do sistema em extinguir um incêndio. Outros fatores também devem ser
analisados, como o tipo de combustível, as condições de ventilação do ambiente, a
quantidade de movimento da gota (produto da massa da gota pela velocidade de
aspersão) e a densidade do fluxo (vazão do aspersor divida pela sua área de
atuação).
No que tange aos materiais classe C, a norma estabelece uma distância
mínima dos componentes do sistema (tubulações ou bicos aspersores) com os
componentes energizados, conforme tabela abaixo:
36
Tabela 1 - Distância mínima entre equipamentos energizados e componentes do water mist
Fonte: NFPA 750, 2000b
3.2.4. Comparações com outros sistemas:
No quadro abaixo, encontramos algumas diferenças entre os sistemas de
água supernebulizada e as redes de chuveiros automáticos:
Quadro 4 - Diferenças entre o sistema de água supernebulizada e a rede de chuveiros automáticos
Fonte: Seito et al, 2008
Analisando-o, percebemos que a principal vantagem, em relação às redes de
chuveiros automáticos, é a possibilidade de combater o incêndio em um menor
tempo, utilizando menos água. Dessa possibilidade, decorrem outros pontos
positivos.
Por utilizar menos água no combate, o sistema causa menos danos à
estrutura do imóvel, aos móveis e aos equipamentos elétricos. Somado ao fato de
que parcela considerável da água aplicada no combate vaporiza antes de atingi-los.
A menor capacidade volumétrica da RTI, em relação à rede de chuveiros
automáticos, favorece a aplicação do sistema de água supernebulizada em
37
edificações em fase de projeto e em edificações já construídas. No caso das
edificações em fase de projeto, a vantagem está no fato de que será gasto menos
material na estrutura da edificação, que não terá o carregamento de um enorme
volume de água, e no aproveitamento dos espaços, que, ao invés de serem
destinados aos grandes reservatórios, poderão ter outros fins. Em se tratando de
edificações já construídas não contempladas com a rede de chuveiros automáticos
(por falha no projeto ou não exigência há época da construção), a vantagem está no
fato do projeto de adequação ser mais simples e exigir menos intervenções
estruturais.
Comparando o sistema de água supernebulizada com os sistemas que
utilizam o gás carbônico, a principal vantagem do primeiro está na segurança aos
ocupantes do ambiente. Diferentemente da água supernebulizada, o combate com o
agente CO2 requer a estanqueidade no compartimento e, por ser asfixiante, a
evacuação de pessoas e animais do recinto. Já a desvantagem do sistema water
mist é que, por não se tratar de um agente gasoso, deixa um pequeno volume de
água residual no ambiente, que pode ser encarado como um problema para
aplicações contendo dispositivos sensíveis (COSTA NETO; MAINIER, 2012).
3.2.5. Aplicações do sistema
O
sistema
oferece
benefícios
para
diversas
aplicações
especiais,
especialmente onde a disponibilidade de água é limitada e onde a aplicação de água
deve ser restrita.
Segundo Seito et al (2008) e Costa e Mainier (2012) o sistema é adequado
para aplicações offshore, turbinas a gás, centrais telefônicas, CPDs, ambientes de
equipamentos eletrônicos, reservatórios de líquidos inflamáveis e cozinhas
industriais. Além dessas aplicações, a NFPA 750 cita o uso para proteção de
transformadores, áreas onde haja material têxtil, papel, madeira e espuma plástica e
aeronaves.
Em entrevista, os senhores Marcos Wanderlei e Ralf Hoertensteiner (diretor e
técnico da empresa Dzeta Flughafen Services1, respectivamente) informaram que o
uso da tecnologia no Brasil ainda é incipiente. Apesar de ser uma ótima alternativa
1
Representante comercial da empresa Callies Fire Fighting Systems GmbH, que elabora projetos,
instala e fornece suporte técnico para aplicações móveis e fixas do sistema water mist no Brasil.
38
para usos industriais e comerciais e de estar difundida na Europa e nos EUA, sua
utilização ainda está restrita a instalações offshore no Brasil. Quanto à aplicação
móvel, foi citada a viatura conhecida como FRAP (Fire Rescue Ambulance
Personnel), presente nas fileiras do CBMERJ desde 2009. Trata-se de uma viatura
com função tripla (combate a incêndio, salvamento e ambulância). Esta viatura, que
apresenta as dimensões de um furgão, tem um reservatório de 1000 litros, bastante
inferior às viaturas tradicionais de combate a incêndio, que possuem reservatórios
de 6.000 litros. Entretanto, ressaltam que essa pequena capacidade volumétrica do
reservatório é compensada pela vazão de apenas 25 litros/minuto, que impõe ao
FRAP uma autonomia de 40 minutos de combate. Quanto ao desempenho do
sistema fixo, informaram que, em termos gerais, a RTI requerida pelo sistema water
mist é 10% da RTI exigida pelas tradicionais redes de chuveiros automáticos.
39
4.
CÁLCULO DO VOLUME DA RTI
O estudo de caso envolverá a comparação entre o volume requerido pela
rede de chuveiros automáticos e o sistema water mist para uma mesma edificação.
Trata-se de um hangar para guarda de lanchas localizado no litoral sul fluminense
com uma área total construída (ATC) de 6996,96 m², igualmente distribuída em 02
pavimentos, como pode ser observado no apêndice A. Tal edificação foi escolhida
por se enquadrar no risco grande na classificação estabelecida pelo CBMERJ e por
requerer dispositivos fixos e automáticos de combate a incêndio.
O dimensionamento da rede de chuveiros automáticos do tipo “sprinkler” será
desenvolvido conforme o COSCIP e, complementarmente, seguindo as orientações
da NBR 10897 / 2007. Já o dimensionamento do sistema de água supernebulizada
será realizado nos termos da NFPA 750 / 2000, por falta de legislação nacional.
4.1
Cálculo utilizando a rede de chuveiros automáticos
De acordo com o inciso V do artigo 80 do COSCIP, complementado pelo
artigo 1º da Resolução SEDEC n.º 300/2006, por se tratar de um galpão com área
comercial/industrial superior a 1500 m², a edificação será dotada de rede de
chuveiros automáticos do tipo “sprinkler”. Por sua vez, o artigo 76 do código
estabelece que o projeto e a instalação devem ser realizados nos termos das
normas da ABNT, ou seja, da NBR 10897.
Há dois métodos de dimensionamento previstos na norma: o método tabelado
e o cálculo hidráulico. Apesar de o método tabelado ser de simples aplicação, só
pode ser utilizado em novas instalações com áreas máximas de 465 m². Portanto,
utilizaremos o método por cálculo hidráulico para sistemas de tubo molhado.
O anexo A da NBR 10897 classifica as ocupações conforme o risco. A
edificação, como um todo, é classificada no risco extraordinário Grupo I.
Em seguida, devemos escolher o tipo de chuveiro a ser adotado. Quanto ao
funcionamento, trata-se do chuveiro standard response, por ser adequado ao risco e
ser o chuveiro mais encontrado no mercado. Quanto à orientação, adotou-se o
40
chuveiro em pé1 (upright), pelas características estruturais da edificação e pela
possibilidade dos chuveiros serem atingidos pelas embarcações.
Figura 12 - Chuveiro em pé (upright)
Fonte: SKOP, 2013
Utilizou-se o elemento termossensível com temperatura de rompimento de
68ºC (cor vermelha), em virtude da temperatura máxima no teto da edificação não
ultrapassar 40º C, conforme quadro abaixo:
Quadro 5 - Limites de temperatura, classificação e código de cores dos chuveiros automáticos
Fonte: ABNT NBR 10897, 2007
1
Chuveiro projetado para ser instalado em uma posição na qual o jato de água é direcionado contra o
defletor, ou seja, para cima (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2007).
41
O fator k do chuveiro1 é de
Seu diâmetro nominal é de
20 mm, com orifíco grande de ¾ de polegada, conforme quadro abaixo:
Classe de Risco
(NBR 10897/2007)
Diâmetro nominal
do chuveiro (mm)
Leve e Ordinário
Extraordinário
15
20
Orifício do chuveiro
Tipo
Médio
Grande
FATOR K
Diâmetro (mm)
12,70
13,50
(
80
115
Quadro 6 - Tipo de chuveiro em função do risco do ambiente
Fonte: Adaptado da ABNT NBR 10897, 2007
Distribuímos os chuveiros em toda área construída, atentando para os
distanciamentos máximos e mínimos (entre chuveiros e entre o chuveiro e a parede)
e para a máxima área de cobertura dos chuveiros no risco extraordinário,
apresentados a seguir:
Classe de Risco
(NBR 10897/2007)
Leve
Ordinário
Extraordinário
Distanciamentos
Entre ramais e
Entre chuveiros
entre chuveiros (m)
e paredes (m)
4,60
2,30
4,60
2,30
3,70
1,85
Área de
cobertura por
chuveiro (m²)
20,90
12,00
9,30
Quadro 7 - Áreas de cobertura e distanciamentos dos chuveiros do tipo pendente e em pé
Fonte: Adaptado da ABNT NBR 10897, 2007
Quadro 8 - Distâncias mínimas dos chuveiros do tipo pendente e em pé
Fonte: ABNT NBR 10897, 2007
Cabe destacar que o cálculo da área de cobertura por chuveiro automático é
realizada conforme a figura abaixo, onde S é a distância entre os chuveiros ao longo
dos ramais (B) ou o dobro da distância bico à parede nesta direção (A), e L é a
distância entre os ramais (D) ou o dobro da distância bico parede nesta direção (C).
1
O fator k ou fator de descarga do chuveiro representa uma constante de proporcionalidade entre a
vazão e a pressão nos chuveiros e varia conforme o diâmetro do orifício do chuveiro e seu fabricante.
(ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2007).
42
Figura 13 - Método de cálculo da área de cobertura por bico
Fonte: ABNT NBR 10897, 2007
Com base na figura abaixo, definimos a área de operação 1 (Aop) e a
densidade (d) do sistema:
Figura 14 - Curva densidade x área
Fonte: ABNT NBR 10897, 2007
Para facilitar os cálculos, escolhemos a menor área de operação permitida
para o risco extraordinário grupo I, ou seja,
densidade ( ) igual a
1
, que corresponde à
.
A área de operação pode ser entendida como a área do local a ser protegido onde, no cálculo
hidráulico, consideram-se todos os chuveiros em funcionamento.
43
Adotando, como procedimento de cálculo, o método densidade-área, a área
de operação deve ser retangular e seu lado paralelo aos ramais ( ) deve ser
equivalente a pelo menos 1,2 vez o valor da raiz quadrada da área de operação dos
chuveiros automáticos, ou seja:
Dividindo
, encontramos o comprimento do lado paralelo à
tubulação sub-geral:
Sendo assim, a partir do ponto onde se localiza o chuveiro mais desfavorável1
da edificação, demarcamos a área de operação:
Figura 15 - Distribuição dos chuveiros no 2º pavimento e área de operação
Fonte: Autor
Como a área de operação é irregular, adotaremos um método diferente para
definição da área de cobertura dos chuveiros (
pelo nº de chuveiros no interior da
). A
será igual à
dividida
, logo:
.
Calculamos a vazão no chuveiro mais desfavorável:
.
Para o cálculo da pressão no chuveiro mais desfavorável, adotamos a fórmula
da norma:
1
A definição dos pontos mais desfavoráveis levará em conta os seguintes fatores: maior perda
estática (para CMI ou VGA localizada em níveis inferiores às áreas protegidas); ou menor ganho
estático (para CMI ou VGA localizada em níveis superiores às áreas protegidas); ou maior perda
dinâmica, ou seja, para áreas niveladas, será hidraulicamente mais desfavorável aquela que for
atendida pelos trechos mais remotos da tubulação sub-geral.
44
(
)
Agora, identificamos os pontos considerados no cálculo. Aos chuveiros,
atribuímos algarismos indo-arábicos a partir do chuveiro mais desfavorável. Já aos
pontos de encontro entre ramais e a sub-geral, atribuímos letras. Os ramais são
identificados com algarismos romanos:
Figura 16 - Detalhe da área de operação
Fonte: Autor
Neste momento, definimos o material a ser utilizado na tubulação para fins de
cálculo da pedra de carga, sendo escolhido o aço galvanizado, que apresenta fator
de Hazen-Williams (C) igual a 120, como pode ser observado no quadro abaixo:
45
Quadro 9 - Fator C de Hazen-Wiliams
Fonte: ABNT NBR 10897, 2007
Agora, iniciamos o cálculo da pressão e vazão em cada um dos trechos
considerados, onde utilizaremos para cálculo das perdas de carga, a fórmula de
Hazen-Williams:
(
)
Onde:
Variável
Referência
vazão acumulada
Diâmetro interno da tubulação
Perda de carga unitária no trecho entre o chuveiro x e o y
perda dinâmica
perda estática
perda total no trecho
Comprimentos equivalentes das peças e curvas
Unidade
Quadro 10 - Lista de variáveis utilizadas nos cálculos
Fonte: Adaptado da ABNT NBR 10897, 2007 e de Azevedo Netto; Alvarez, 1982
Cabe destacar que, de acordo com a norma:
1)
Não são consideradas as perdas nas conexões em que os chuveiros são
diretamente conectados;
2)
A perda de carga relativa a uma determinada conexão deve ser computada
no trecho de menor diâmetro;
3)
Não são consideradas as perdas nas conexões (tês ou cruzetas), caso não
haja mudança de direção do fluxo de água (passagem direta).
46
Outrossim, os comprimentos equivalentes das peças e curvas (perdas
localizadas) serão determinados de acordo com a tabela 16-6 do livro Manual de
Hidráulica dos professores Azevedo Netto e Alvarez (1982).
a) Trecho 1-2:
=
.
Adotamos
o
diâmetro
mínimo
de
tubulação,
ou
seja,
pela
norma
. Por analogia à NFPA 750 / 2000, caso a velocidade em seu interior
apresente valores superiores a
, aumentaremos o diâmetro da tubulação.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
(
(
)
(
)
)
(
b) Trecho 2-3:
=
.
)
)
47
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
)
(
(
)
(
)
)
(
)
c) Trecho 3-4:
=
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
)
(
(
d) Trecho 4-5:
)
(
)
)
(
)
48
=
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
(
(
)
(
)
)
)
(
)
e) Trecho 5-6:
=
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
)
49
(
(
)
(
)
)
(
)
f) Trecho 6-A:
=
(não consideramos bicos fora da área de operação)
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
(
(
)
(
)
)
(
g) Trecho A-B:
=
(não há bico em operação no ponto A)
.
)
)
50
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
)
(
(
)
(
)
)
(
)
Na sequência do cálculo, quando nos deparamos com um ponto que
representa o encontro de ramais que contenham bicos no interior da área de
operação (Ponto B), só avançaremos para o ponto seguinte (Ponto C), quando o
cálculo hidráulico do ramal II for realizado.
Ocorre que o Ramal II é idêntico ao Ramal I, pois o número de chuveiros, os
diâmetros das tubulações e os comprimentos dos tubos em cada trecho são iguais.
Nesse caso, denominamos esses ramais idênticos como equivalentes. Sendo assim,
para o cálculo das vazões e pressões no ramal II, não será necessário realizar o
cálculo trecho a trecho.
h) Trecho 7-B (ramal II):
Considerando que o ponto inicial do Ramal II (Ponto 7) será submetido a
mesma pressão que o ponto inicial do Ramal I (Ponto 1), é possível concluir que a
pressão e a vazão nos pontos finais de ambos os ramais (Pontos A e B) serão
iguais.
51
Porém, seguindo esse raciocínio chegamos a uma situação impossível, onde
em pontos iguais da canalização, obteremos pressões diferentes:
Precisamos corrigi-la através do balanceamento hidráulico, onde adotaremos
o seguinte procedimento:
O maior valor de pressão (
é a pressão real e
será mantida. Em consequência, a vazão
também
permanecerá inalterada.
Logo, os valores de
e
estão incorretos e devem
ser corrigidos através do balanceamento hidráulico.
Sabendo que a fórmula de cálculo da vazão no chuveiro automático também
se aplica a um ramal, descobriremos o fator k do ramal, que chamaremos de k’,
segundo a relação:
(para o chuveiro)
(para o ramal)
Para a definição de k’, consideramos os valores iniciais de
e
:
De posse do valor de k’, e adotando a pressão real no ponto B, ou seja:
, definiremos a vazão corrigida
Por fim, a vazão total em B será:
i) Trecho B-C:
=
(não há bico em operação no ponto B)
.
:
52
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
)
(
(
)
(
)
)
(
)
Como o ramal III é equivalente ao ramal I, adotaremos para o trecho 13-C o mesmo
procedimento descrito no trecho 7-B.
j) Trecho 13-C (ramal III):
Adotando, para fins de cálculo, que:
Calculando o K’ do ramal III:
De posse do valor de k’, e adotando a pressão real no ponto C, ou seja:
, definiremos a vazão corrigida
Por fim, a vazão total em B será:
k) Trecho C-D:
:
53
=
(não há bico em operação no ponto C)
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
)
(
(
)
(
)
)
(
)
Como o ramal IV é equivalente ao ramal I, adotaremos para o trecho 19-D o mesmo
procedimento descrito no trecho 7-B.
l) Trecho 19-D (ramal IV)
Adotando, para fins de cálculo, que:
Calculando o K’ do ramal IV:
De posse do valor de k’, e adotando a pressão real no ponto D, ou seja:
, definiremos a vazão corrigida
Por fim, a vazão total em B será:
:
54
m) Trecho D-E:
=
(não há bico em operação no ponto C)
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
)
(
(
)
(
)
)
(
)
Como o ramal V é equivalente ao ramal I, adotaremos para o trecho 25-E o mesmo
procedimento descrito no trecho 7-B.
n) Trecho 25-E (ramal V):
Adotando, para fins de cálculo, que:
Calculando o K’ do ramal V:
De posse do valor de k’, e adotando a pressão real no ponto E, ou seja:
, definiremos a vazão corrigida
:
55
Por fim, a vazão total em E será:
A partir do ponto E a vazão é constante. Portanto,
representa a vazão
requerida pela rede de chuveiros automáticos. O anexo I da resolução SEDEC n.º
109/93 classifica as edificações conforme seu risco, sendo o hangar enquadrado no
risco grande. Por sua vez, o artigo 6º da Resolução SEDEC nº 300/2006 estabelece
que a RTI, para tal classe de risco, deverá atender a um funcionamento ininterrupto
de, no mínimo, 60 minutos. Sendo assim, o volume da RTI dessa é edificação é
calculado da seguinte forma:
4.2. Cálculo utilizando o sistema de água supernebulizada (water mist)
Diferentemente do dimensionamento da rede de chuveiros automáticos, a
NFPA 750, em sua última edição (2010), reconhece que ainda não há um método
geral para dimensionamento do sistema water mist baseado nos princípios da
engenharia. Sendo assim, a norma estabelece que os sistemas sejam listados para
riscos e objetivos de proteção específicos.
Novas aplicações potenciais do water mist emergem continuamente, onde
são realizados testes de desempenho. Porém, a NFPA 750 / 2000 só reconhece um
número limitado de protocolos de teste de combate a incêndio. Para serem
reconhecidos como base da lista de especificações, os protocolos de teste devem
ser desenvolvidos, realizados, e interpretados por laboratórios de incêndio
reconhecidos internacionalmente e baseados na avaliação da proteção contra
incêndio em relação ao risco do ambiente (carga de incêndio, tipo de combustível,
ventilação e compartimentação do ambiente) e ao objetivo do sistema.
As listas de especificações são relatórios de aprovação contendo os
resultados do teste, a avaliação dos componentes e o projeto de instalação, que
engloba as características dos bicos aspersores, os distanciamentos máximos e
mínimos de bicos aspersores em relação a paredes, tetos e outros bicos, a pressão
56
mínima de operação e os requisitos do suprimento de água (NATIONAL FIRE
PROTECTION ASSOCITAION, 2000b).
O quadro abaixo apresenta organizações reconhecidas internacionalmente no
desenvolvimento ou administração de protocolos de teste do sistema water mist para
combate a incêndio, que são as bases para as listas de especificações para o
sistema.
Quadro 11 - Agências reconhecidas com protocolos de teste de incêndio para sistemas water mist
Fonte: NFPA 750, 2000b
Em virtude das vantagens mencionadas para aplicações em embarcações do
sistema water mist e da necessidade de assegurar que o sistema apresente
proteção equivalente às tradicionais redes de chuveiros automáticos, a International
57
Maritime Organization (IMO)1 se destacou ao publicar circulares que contém
protocolos de teste de incêndio para os compartimentos de máquina, cabines,
corredores e áreas de acesso comum de navios. Já a Factory Mutual Research
Corporation dedicou a maior parte dos protocolos de teste à proteção de
equipamentos e componentes da indústria. A Verband der Schadenversichen e a
Underwriters Laboratories Inc. apresentaram em suas publicações protocolos de
teste que servem de base para listas de especificações de variadas finalidades
(NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCITAION, 2000b).
Cabe destacar que a norma americana alerta que o grande desafio do
dimensionamento do sistema water mist é determinar se a condição específica de
um protocolo de teste é representativa das condições atuais de uma determinada
aplicação. Para facilitar a avaliação do projetista, a norma estabelece alguns
parâmetros que devem ser comparados para que seja estabelecida, ou não, a
representatividade, sendo eles: o tipo de combustível, a carga de incêndio, o
volume, o pé-direito e as condições de ventilação do ambiente, a ocorrência de
obstruções na distribuição das gotículas no ambiente e o objetivo do sistema.
Sendo assim, nosso primeiro passo no dimensionamento do sistema water
mist é encontrar uma lista de especificações que seja representativa do hangar para
lanchas. Em nossa busca por certificações e posterior comparação, nenhum
protocolo de teste (que é base das listas de certificações) atendeu aos parâmetros
citados no parágrafo anterior, o que, de acordo com a NFPA 750 / 2000,
inviabilizaria nosso projeto por desconhecimento de seu desempenho nas condições
atuais. Porém, por se tratar de um projeto acadêmico, vamos ousar, ou seja, vamos
adotar uma lista de especificações que seja a mais representativa da situação real e
que atenda, no mínimo, a um dos parâmetros do projeto.
Escolhemos a lista de especificações contida na Certificação MED-B-5046
emitida pela Det Norske Veritas ao bico aspersor SEM-SAFE do fabricante Danfoss
Semco A/S Fire Protection (ver anexo C), seguindo o protocolo de teste para
espaços maquinários de categoria A2 constante na IMO MSC/Circ. 913. Este
protocolo foi escolhido em virtude das características similares dos combustíveis
1
É importante ressaltar que a IMO não conduz os testes, que podem ser realizados por qualquer
laboratório de incêndio reconhecido.
2
De acordo com SOLAS Reg. II-1/3.17, os espaços maquinários de categoria A são aqueles que
contém: máquinas dotadas de motores de combustão interna para própria propulsão ou para
propulsão de máquinas de mais de 375 kW, ou qualquer caldeira a óleo ou unidade de óleo
combustível (DET NORSKE VERITAS, 2011).
58
envolvidos: tantos os maquinários quanto as embarcações são constituídas de
material metálico (combustível classe A) com reservatórios de líquidos inflamáveis
(combustível classe B).
Na certificação, encontramos especificações para 04 tipos de bicos
aspersores, sendo 02 com pressão de operação de 100 bar e, os demais, pressão
de operação de 80 bar. Em virtude das incertezas do sistema e para atender a
condição mais desfavorável, adotaremos o modelo de bico aspersor que obteve os
melhores resultados e que apresenta o maior fator k a 100 bar, ou seja, aquele que
apresenta maior vazão de descarga e irá exigir do sistema um maior volume da RTI.
Suas especificações estão contidas no quadro abaixo:
Quadro 12 - Especificações do bico aspersor escolhido
Fonte: Certificado DNV MED-B-5046
Será adotado o bico aspersor pendente, por ter sido o tipo de bico empregado
nos testes de certificação.
Por não especificar a área de operação, adotaremos a mesma área utilizada
na rede de chuveiro de automáticos do tipo sprinkler, ou seja,
.
Distribuímos os bicos aspersores no ambiente, considerando a restrição
estabelecida na lista de especificações, ou seja, distanciamento máximo entre bicos
de 4 metros. Por analogia à norma NBR 10897, consideraremos a distância máxima
entre o bico e a parede de 2 metros. Por serem praticamente os mesmos
distanciamentos da rede de chuveiros automáticos, adotaremos a mesma
distribuição prevista naquele sistema:
59
Figura 17 - Distribuição dos chuveiros no 2º pavimento e área de operação
Fonte: Autor
Agora, vamos indicar com números indos-arábicos os bicos aspersores no
interior da área de operação, com letras os encontros dos ramais com a sub-geral e
com números romanos os ramais, tomando por base o bico aspersor mais
hidraulicamente desfavorável.
Figura 18 - Detalhe da área de operação
Fonte: Autor
A certificação estabelece que a pressão mínima de operação (
é de 100
bar ou 10.000 kPa, caracterizando um sistema de alta pressão. Isto significa que o
60
bico mais desfavorável estará submetido a essa pressão. Conhecendo a constante K
da lista de especificações, é possível calcular a vazão mínima (
De acordo com a NFPA 750 / 2000, o procedimento de cálculo da perda de
carga dos sistemas de média e alta pressão pode ser realizado através da fórmula
de Hazen-Williams, desde que obedeça a restrição de velocidade de 7,6 m/s e que o
diâmetro mínimo da tubulação seja de 20 mm.
(
)
A tubulação será de aço inoxidável, material utilizado nos testes de
certificação, que apresenta constante de rugosidade de Hazen-Williams C igual a
150, conforme quadro abaixo:
Quadro 13 - Valores do C de Hazen-Williams
Fonte: NFPA 750, 2000b
Agora, iniciamos o cálculo da pressão e vazão em cada um dos trechos
considerados, seguindo a mesma marcha de cálculo e ressalvas empregadas na
rede de chuveiros automáticos do tipo “sprinkler”.
a) Trecho 1-2:
=
Adotamos o diâmetro mínimo de tubulação que é permitido o cálculo da perda de
carga
pelo
método
de
Hazen-Williams,
ou
seja,
, caso a velocidade em seu interior apresente valores superiores a
, devemos aumentar o diâmetro da tubulação. (NATIONAL FIRE
PROTECTION ASSOCIATION, 2000b).
61
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
(
(
)
(
)
)
)
(
)
b) Trecho 2-3:
=
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
(
(
)
(
)
)
)
(
)
62
c) Trecho 3-4:
=
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
(
(
)
(
)
)
)
(
)
d) Trecho 4-5:
=
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
)
63
(
(
)
(
)
)
(
)
e) Trecho 5-6:
=
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
)
(
(
)
(
)
)
(
)
f) Trecho 6-A:
=
(não consideramos bicos fora da área de operação)
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
64
(
)
(
)
(
(
)
(
)
)
(
)
g) Trecho A-B:
=
(não há bico em operação no ponto A)
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
)
(
(
)
(
)
)
(
)
65
Na sequência do cálculo, quando nos deparamos com um ponto que
representa o encontro de ramais que contenham bicos no interior da área de
operação (Ponto B), só avançaremos para o ponto seguinte (Ponto C), quando o
cálculo hidráulico do ramal II for realizado.
Como o Ramal II é semelhante ao Ramal I, para o cálculo das vazões e
pressões no ramal II, não será necessário realizar o cálculo trecho a trecho.
Adotaremos o mesmo procedimento para balanceamento hidráulico aplicado no
dimensionamento de ramais semelhantes da rede de chuveiros automáticos do tipo
“sprinkler”.
h) Trecho 7-B (ramal II):
Adotando, para fins de cálculo, que:
Calculando o K’ do ramal III:
De posse do valor de k’, e adotando a pressão real no ponto C, ou seja:
, definiremos a vazão corrigida
Por fim, a vazão total em B será:
i) Trecho B-C:
=
(não há bico em operação no ponto B)
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
)
:
66
(
(
)
(
)
)
(
)
Como o ramal III é equivalente ao ramal I, adotaremos para o trecho 13-C o mesmo
procedimento descrito no trecho 7-B.
j) Trecho 13-C (ramal III):
Adotando, para fins de cálculo, que:
Calculando o K’ do ramal III:
De posse do valor de k’, e adotando a pressão real no ponto C, ou seja:
, definiremos a vazão corrigida
Por fim, a vazão total em B será:
k) Trecho C-D:
=
(não há bico em operação no ponto C)
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
:
67
(
)
(
)
(
(
)
(
)
)
(
)
Como o ramal IV é equivalente ao ramal I, adotaremos para o trecho 19-D o mesmo
procedimento descrito no trecho 7-B.
l) Trecho 19-D (ramal IV):
Adotando, para fins de cálculo, que:
Calculando o K’ do ramal IV:
De posse do valor de k’, e adotando a pressão real no ponto D, ou seja:
, definiremos a vazão corrigida
Por fim, a vazão total em B será:
m) Trecho D-E:
=
(não há bico em operação no ponto D)
:
68
.
Por Hazen-Williams, temos a perda de carga unitária no trecho:
(
)
(
)
(
(
)
(
)
)
(
)
Como o ramal V é equivalente ao ramal I, adotaremos para o trecho 25-E o mesmo
procedimento descrito no trecho 7-B.
n) Trecho 25-E (ramal V):
Adotando, para fins de cálculo, que:
Calculando o K’ do ramal V:
De posse do valor de k’, e adotando a pressão real no ponto E, ou seja:
, definiremos a vazão corrigida
Por fim, a vazão total em E será:
:
69
A partir do ponto E a vazão é constante. Portanto,
representa a vazão
requerida pelo sistema water mist. De acordo com o protocolo de teste de incêndio
previsto na IMO MSC/Circ. 913, o sistema deverá atender a um tempo de combate
mínimo de 20 minutos. Já a NFPA 750 / 2000 estabelece um período de
funcionamento ininterrupto mínimo de 30 minutos. Sendo assim, adotaremos o
tempo de 30 minutos e o volume da
será calculado da seguinte forma:
70
5.
CONCLUSÃO
Em virtude da presença de legislações e recomendações robustas, dotadas
de métodos de dimensionamento, a rede de chuveiros automáticos do tipo
“sprinkler” foi dimensionada sem qualquer tipo de ajuste ou incerteza.
Com relação ao sistema water mist, foi possível observar que não há um
método geral para dimensionamento, nem mesmo na avançada legislação
estadunidense. Sendo assim, observou-se a dificuldade em se estabelecer uma
representatividade entre os protocolos de teste e a situação real, especialmente pelo
fato de não ter sido encontrado protocolos de teste para hangares. Dentre os
protocolos
pesquisados,
vimos
que
os
parâmetros
que
caracterizam
a
representatividade não foram alcançados. Porém, por se tratar de um trabalho
acadêmico, buscamos encontrar o protocolo de teste cujos parâmetros mais se
aproximassem da situação real, a fim de viabilizar o cálculo. Na escolha da lista de
especificações, devido ao considerado grau de incerteza acerca do desempenho do
sistema e para caracterizar a situação mais desfavorável, adotamos o bico aspersor
que proporcionaria a RTI com maior volume.
Sendo assim, desenvolvendo a marcha de cálculo, encontramos o valor da
reserva técnica de incêndio requerida pelo sistema water mist igual a 7,6 % do valor
da RTI requerida pela rede de chuveiros automáticos. Este valor está bem próximo
aos 10% informados pelos representantes comerciais da empresa Callies no Brasil.
Cabendo destacar que, segundo o critério estabelecido por Manzini e Vezzoli
(2008)1 e considerando apenas o parâmetro redução do consumo de recursos
hídricos, a alternativa de se adotar o sistema water mist seria considerada uma
proposta sustentável.
Além da redução do consumo de recursos hídricos na concepção do projeto,
outro fator que pode ser observado no dimensionamento foi a redução do diâmetro
da tubulação utilizada. Em virtude das vazões inferiores empregadas no sistema
water mist, foi possível adotar tubulações com diâmetro menor. Em contrapartida, a
tubulação do water mist deve ser muito mais resistente, pois ficará submetida,
1
De acordo com Manzini e Vezzoli (2008), para serem enquadradas como sustentáveis, novas
propostas devem implicar um consumo de recursos ambientais que seja 90% inferior ao requerido
pelas soluções convencionais.
71
quando em operação, a pressões cerca de 100 vezes maiores que a tubulação da
rede de chuveiros automáticos.
Por fim, percebemos que a tecnologia water mist ainda carece de muita
pesquisa e testes de desempenho, a fim de que sejam elaborados métodos gerais
de dimensionamento para o sistema, semelhantes aos constantes na NFPA 13
(Installation of Sprinkler Systems) e na ABNT NBR 10897 para as redes de
chuveiros automáticos. Acreditamos que a publicação de normas e recomendações
com tais métodos é de fundamental importância para que o projeto do water mist se
torne mais simples e difundido aos profissionais que trabalham com segurança
contra incêndio e pânico. Entretanto, a sua ausência não inviabiliza a incorporação
da tecnologia pelas legislações nacionais, como o COSCIP do Estado do Rio de
Janeiro, visto que já existem protocolos de teste para fins específicos que servem de
base para listas de especificações internacionalmente reconhecidas.
5.1. Propostas para trabalhos futuros
Ainda resta muito a ser discutido acerca do sistema water mist, sobretudo a
respeito da análise custo-benefício da implantação de um ou outro dispositivo fixo
automático de combate a incêndio.
Além disso, para cada aplicação, há parâmetros e exigências próprias, sendo
necessários outros estudos de caso que permitiam uma avaliação quantitativa mais
específica, contribuindo para a tomada de decisão de projetistas.
.
72
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ARAGÃO, R. F. (coord.), et al. Incêndios e Explosivos: uma Introdução à
Engenharia Forense. Campinas: Millenium, 2010. 473 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13860: glossário de
termos relacionados com a segurança contra incêndio. Rio de Janeiro, 1997.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10897: Rede de
proteção por chuveiros automáticos. Rio de Janeiro, 2007.
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74
APÊNDICES
APÊNDICE A – Jogo de Plantas da Edificação Estudada
75
76
77
APÊNDICE B: Planilha de Cálculo da Rede de Chuveiros Automáticos do Tipo “Sprinkler”
Classific
Risco
Tipo Chuveiro
Ampola
D Nom (mm)
D orif (mm)
Fator K
L1 (m)
L2(m)
Hangar
Extraordinário G1
Pendente - SR
68ºC
20
13,5
115
18,28
12,69
A Op (m2)
Dens (l/m2.min)
Bicos na A Op
A Cob (m2)
Qmin (l/min)
Pmin (kPa)
Tubulação
C
Área / VGA (m2)
232
12,2
30
7,73
94,35
67,31
Aço Galv
120
3498,38
Trecho
P inicial (kPa)
Q (l/min)
Tubulação
Curvas
Bico
Acum
D (mm)
Comp (m)
Tipo
Comp total (m)
CompEq (m)
J
P. Dinâmica
P. Estatica
P. Total
Cte.
V
(kPa/m)
(kPa)
+/- (kPa)
(kPa)
k´
(m/s)
1--2
67,31
94,35
94,35
25,00
2,16
0,00
2,16
6,03
13,03
0,00
80,34
3,20
2--3
80,34
103,08
197,42
32,00
3,00
0,00
3,00
7,11
21,32
0,00
101,66
4,09
3--4
101,66
115,95
313,37
40,00
3,00
0,00
3,00
5,64
16,91
0,00
118,57
4,16
4--5
118,57
125,22
438,59
40,00
3,00
0,00
3,00
10,50
31,49
0,00
150,06
5,82
5--6
150,06
140,87
579,47
50,00
3,00
0,00
3,00
5,93
17,78
0,00
167,84
4,92
6--A
167,84
148,99
728,45
50,00
6,00
3,50
9,50
9,05
85,99
0,00
253,83
6,19
A--B
253,83
0,00
728,45
65,00
2,00
0,00
2,00
2,52
5,04
0,00
258,87
3,66
7-B eq 6-A
B--C
735,66
258,87
0,00
13-C eq 6-A
C--D
1464,11
258,87
100,00
2,00
0,00
2,00
1,13
2,25
0,00
738,85
261,13
0,00
19-D eq 6-A
D-E
Tsl
2202,96
268,32
0,00
25-E eq 6-A
2951,91
261,13
261,13
100,00
3,00
0,00
3,00
2,40
7,19
0,00
748,96
751,35
3,00
0,00
3,00
0,57
1,72
0,00
270,04
0,00
3703,26
Q (l/min)
Risco CBMERJ
T func SPK (min)
RTI -SPK (m3)
P. Ponto E (m)
3703,26
Grande
60
222,20
27,00
457,22
4,68
457,22
270,04
270,04
Ponto E
3,11
268,32
268,32
150,00
457,22
2,79
457,22
78
APÊNDICE C - Planilha de Cálculo do Sistema Water mist
Classific
Risco
Tipo Bico
Termossensível
D Nom (mm)
D orif (mm)
Fator K
L1 (m)
L2(m)
Hangar
X
Pendente - SR
68ºC
X
X
1,87
18,28
12,69
A Op (m2)
Dens (l/m2.min)
Bicos na A Op
A Cob (m2)
Qmin (l/min)
Pmin (kPa)
Tubulação
C
ATC (m²)
232
X
30
7,73
18,70
10.000,00
Aço Inox
150
6.996,76
Trecho
P inicial (kPa)
Bico
Acum
D (mm)
Comp (m)
CompEq (m)
total (m)
Q (l/min)
Tubulação
Curvas
Tipo
Comp
J (kPa/m)
P. Dinâmica
P. Estática
P. Total
Cte.
V
(kPa)
+/- (kPa)
(kPa)
k´
(m/s)
1--2
10000,00
18,70
18,70
20,00
2,16
0,00
2,16
0,59
1,28
0,00
10001,28
0,99
2--3
10001,28
18,70
37,40
20,00
3,00
0,00
3,00
2,14
6,41
0,00
10007,69
1,99
3--4
10007,69
18,71
56,11
20,00
3,00
0,00
3,00
4,53
13,58
0,00
10021,27
2,98
4--5
10021,27
18,72
74,83
20,00
3,00
0,00
3,00
7,71
23,13
0,00
10044,39
3,97
5--6
10044,39
18,74
93,57
20,00
3,00
0,00
3,00
11,66
34,97
0,00
10079,36
4,97
6--A
10079,36
18,77
112,34
20,00
6,00
1,40
7,40
16,35
120,98
0,00
10200,35
5,96
A--B
10200,35
0,00
112,34
20,00
2,00
0,00
2,00
16,35
32,70
0,00
10233,04
7-B eq 6-A
B--C
112,52
10233,04
0,00
13-C eq 6-A
C--D
224,87
10233,04
32,00
2,00
0,00
2,00
5,98
11,97
0,00
112,59
10245,01
0,00
19-D eq 6-A
D-E
Tsl
337,46
3,00
0,00
3,00
1,44
4,33
0,00
112,61
10249,34
0,00
25-E eq 6-A
450,07
112,65
Ponto E
10256,71
0,00
562,72
Q (l/min)
T func NFPA (min)
RTI -MIST (m3)
P. Ponto E (m)
562,72
30
16,88
1025,67
10245,01
10245,01
50,00
3,00
0,00
3,00
2,46
7,37
0,00
4,66
11,12
10249,34
10249,34
50,00
5,96
11,12
2,87
11,12
10256,71
10256,71
3,82
11,12
79
ANEXOS
ANEXO A – Certificação n.º MED B 5046 (Det Norske Veritas)
80
81
82
83