DECEENG - DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA – CAMPUS PANAMBI
JONATAS FRITZ
SISTEMA FIXO DE PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO POR AGENTES LIMPOS: INSTRUMENTAÇÃO E PROJETO
PANAMBI / RS 2015
JONATAS FRITZ
SISTEMA FIXO DE PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO POR AGENTES LIMPOS: INSTRUMENTAÇÃO E PROJETO
Trabalho de Conclusão de Curso, para a obtenção do Título de Engenheiro Mecânico pela Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ.
Professor Orientador: Prof. Me. Roger Schildt Hoffmann.
PANAMBI / RS 2015
JONATAS FRITZ
SISTEMA FIXO DE PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO POR AGENTES LIMPOS: INSTRUMENTAÇÃO E PROJETO
Trabalho de Conclusão de Curso, para a obtenção do Título de Engenheiro Mecânico pela Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ.
Professor Orientador: Prof. Me. Roger Schildt Hoffmann
Banca Examinadora
_____________________________ Prof. Me. Roger Schildt Hoffmann
Professor Orientador/Unijuí
_____________________ Prof. Manfred Litz
Docente Unijuí
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aоs meus pais Nelson e Ana, as minhas irmãs Tatiane
e Tainara, a minha esposa Catiúsca, as minhas filhas Eduarda e Manuela е a todos
os demais familiares que, cоm muito carinho е apoio, nãо mediram esforços para
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar a Deus, por tornar tudo possível.
A meus familiares por estarem comigo e me apoiarem em todos os momentos de minha vida.
Aos professores pelas orientações e por desprenderem do seu tempo para auxiliar na elaboração da pesquisa.
A todos aquele que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho, dando a real importância aos assuntos discutidos.
RESUMO
No atual estágio tecnológico, sistemas fixos proteção contra incêndio por agentes limpos se tornaram a melhor alternativa, para proteger ambientes que alocam equipamentos de alto valor agregado, pois os agentes limpos são fluídos que além de combater o fogo com eficiência, não conduzem eletricidades, não são corrosivos, não poluem o meio ambiente, não danificam equipamentos, e não deixam resíduos após seu uso, permitindo um rápido reinício das atividades do local. O presente trabalho tem por objetivo principal o desenvolvimento de um projeto de engenharia de um sistema fixos de proteção contra incêndio por agentes limpos, para a sala do Data Center da Universidade Regional do Noroeste do Rio Grande do Sul (UNIJUI). O que motivou este estudo foi a necessidade de prevenir e combater, com eficiência, incêndio em locais onde há o armazenamento e processamentos de informações, que são locais de extrema importância, pois danos causados pelo fogo nestes ambientes podem significar a paralisação das atividades, prejuízos materiais de elevada monta e perda de informações vitais para as instituições e empresas. No trabalho primeiramente será apresentando uma revisão bibliográfica sobre o tema em estudo. Num segundo momento serão apresentados os principais componentes do sistema, posteriormente será apresentada a metodologia seguida para a elaboração do projeto. E por fim será realizado o dimensionamento do sistema em questão.
ABSTRACT
In the current technological stage, fixed systems fire protection for clean agents have become the best alternative to protect environments that allocate high-value equipment, because clean agents are fluids that in addition to fighting the fire efficiently, do not lead electricity, not are corrosive, do not pollute the environment, they do not damage equipment, and leave no residue after use, allowing rapid resumption of site activities. This work has as its main objective the development of an engineering project of a fixed system of fire protection for clean agents to the data center room of the Regional University of Rio Grande do Sul Northwest (UNIJUI). What motivated this study was the need to prevent and combat with fire efficiency in places where there is the storage and processing of information, which are places of extreme importance because damage caused by fire in these environments may mean the interruption of activities, high material losses assembles and loss of vital information. The work will be primarily presenting a literature review on the subject under study. Secondly will present the main components of the system will be later presented the methodology used for the preparation of the project. And finally there will be the sizing of the system in question.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Tetraedro do fogo ... 20
Figura 2 – Transferência de calor por condução ... 22
Figura 3 – Fluxo de calor por convecção ... 23
Figura 4 – Transferência de calor por convecção ... 23
Figura 5 – Transferência de calor por ondas de irradiação ... 24
Figura 6 – Transferência de calor por irradiação ... 24
Figura 7 – Curva temperatura x tempo de um incêndio ... 26
Figura 8 – Curva de evolução de um incêndio celulósico ... 27
Figura 9 – Métodos de extinção do fogo: (a) resfriamento, (b) abafamento, (c) isolamento e (d) química. ... 29
Figura 10 - Isolamento obtido por parede corta-fogo... 40
Figura 11 - Extintor de incêndio portátil do tipo ABC ... 41
Figura 12 – Critério para instalação de extintores de incêndio portáteis ... 42
Figura 13 - Elementos e componentes do sistema de hidrantes e mangotinhos ... 44
Figura 14 – Esquema de um sistema de hidrantes e mangotinhos ... 45
Figura 15 – Subsistema de distribuição de um sistema de hidrantes e mangotinhos 45 Figura 16 - Elementos do sistema de chuveiros automáticos ... 47
Figura 17 - Chuveiro automático ... 48
Figura 18 - Sistema fixo de proteção contra incêndio por gases ... 49
Figura 19– Cilindro de armazenamento ... 52
Figura 20– Válvula do cilindro ... 53
Figura 21 - Modelos de difusores, 90°, 180° e 360°. ... 56
Figura 22 – Área de ação dos difusores modelos 360°, 180° e 90°... 57
Figura 23 – Área de ação dos detectores de fumaça pontual ... 58
Figura 24 – Sistema de detecção, alarme, atuação e controle ... 59
Figura 25 – Atuador Elétrico da Válvula ... 60
Figura 26 – Atuador Manual da Válvula ... 61
Figura 27– Layout de um sistema de supressão incêndio por agente limpo ... 61
Figura 28 – Fluxograma para o desenvolvimento do projeto ... 62
Figura 29 - Condições de distribuição da rede de distribuição ... 67
Figura 30 – Planta baixa do ambiente a ser protegido ... 76
Figura 31 – equipamentos eletrônicos ... 77
Figura 32 - Layout da rede de distribuição. ... 79
Figura 33– dimensões do cilindro de armazenamento ... 80
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Agentes abordados na NFPA 2001 ... 32
Tabela 2– Valores de NOAEL e LOAEL ... 35
Tabela 3– Principais gases inertes ... 37
Tabela 4– Principais gases ativos ... 38
Tabela 5 - Tipos de sistemas de hidrantes e mangotinhos ... 43
Tabela 6– Capacidade de armazenamento de diferentes cilindros ... 51
Tabela 7 - Diâmetro do tubo vs. Vazão ... 55
Tabela 8 - Concentrações mínimas de projeto e extinção das chamas ... 65
Tabela 9- Valores de W/V do agente limpo Novec™ 1230 (FK-5-1-12).. ... 70
Tabela 10– Fatores de correção devido aos n° de T ... 72
Tabela 11– Fatores de correção devido altitude ... 72
Tabela 12– Dimensões internas dos ambientes ... 75
Tabela 13– Dados dos volumes dos ambientes ... 78
Tabela 14– Vazão mássica na rede de distribuição ... 83
Tabela 15– Dimensionamento da rede de distribuição ... 84
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 11
1.1 Justificativa do Tema em Estudo... 12
1.2 Objetivos ... 14 1.2.1 Objetivo Geral ... 14 1.2.2 Objetivos Específicos ... 14 1.3 Metodologia... 15 1.4 Estrutura do Trabalho ... 16 2 REVISÃO BIBIOGRÁFICA ... 18 2.1 A Dinâmica do Fogo ... 18 2.1.1 Definição de Fogo... 18 2.1.2 Definição de Incêndio ... 18
2.1.3 Transformações Químicas e Físicas Decorrentes do Fogo ... 19
2.1.4 Elementos Componentes do Fogo ... 19
2.1.5 Temperaturas Características ... 20
2.1.6 Propagação do Fogo ... 21
2.1.7 Classes do Fogo/Incêndio ... 25
2.1.8 Fases de Desenvolvimento do Fogo ... 26
2.1.9 Métodos de Extinção do Fogo ... 28
2.1.10 Agentes Extintores ... 29
2.2 Agentes Limpos ... 31
2.2.1 Potencial de Agressão à Camada de Ozônio – ODP. ... 33
2.2.2 Potencial de aquecimento global – GWP ... 33
2.2.3 NOAEL (No Observed Adverse Effects Level) ... 34
2.2.4 LOAEL (Lowest Observed Adverse Effects Level) ... 35
2.2.5 Classificações dos Agentes Limpos... 36
2.3 Sistemas de Proteção Contra Incêndio ... 39
2.3.1 Sistemas de Extintores de Incêndios... 40
2.3.2 Sistemas de Hidrantes e Mangotinhos ... 43
2.3.3 Sistema de Chuveiros Automáticos ... 46
2.3.4 Sistemas Fixos de Gases ... 48
3 COMPONENTES DO SISTEMA FIXO DE PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO POR AGENTES LIMPOS ... 50
3.1 Cilindro ... 50
3.2 Válvula do Cilindro ... 52
3.3 Tubos e conexões ... 54
3.4 Difusores ... 56
3.5 Detectores, Atuadores, Alarme e Central de Controle ... 57
3.6 Configuração do sistema fixo de proteção contra incêndio por agentes limpos . 61 4 METODOLOGIA DE PROJETO ... 62
4.1 Visita ao Ambiente ... 63
4.2 Verificação da Viabilidade ... 63
4.2.1 Viabilidade Técnica ... 63
4.2.2 Viabilidade Econômica ... 64
4.3 Coleta de Dados Principais... 64
4.4 Decisões de Projeto ... 64
4.5 Projeto Básico... 66
4.6.1 Cálculo da quantidade de agente limpo ... 67
4.6.2 Cálculo do volume de agente limpo ... 69
4.6.3 Cálculo da vazão mássica do agente ... 70
4.6.4 Cálculo da vazão volumétrica do agente ... 71
4.6.5 Fatores de correção ... 71
4.6.6 Dimensionamento da rede de distribuição ... 73
4.7 Projeto Executivo ... 73
5 ESTUDO DE CASO ... 74
5.1 Visita ao Ambiente a ser Protegido ... 74
5.2 Verificação das Viabilidades ... 75
5.3 Coleta de Dados Principais... 75
5.4 Decisões de Projeto ... 77
5.5 Projeto Básico... 78
5.6 Cálculos do Projeto ... 79
5.6.1 Cálculo da quantidade de agente limpo ... 79
5.6.2 Cálculo do volume de agente limpo ... 81
5.6.3 Cálculo da vazão mássica do agente ... 81
5.6.4 Cálculo da vazão volumétrica do agente ... 82
5.6.5 Fatores de correção ... 82
5.6.6 Dimensionamento da rede de distribuição ... 82
5.7 Projeto Executivo ... 84
5.7.1 Lista de Material ... 84
5.7.2 Inspeção e manutenção do sistema ... 85
CONCLUSÃO ... 88
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 90
ANEXO A – MEMORIAL DESCRITIVO DO SISTEMA FIXO DE PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO POR AGENTE LIMPO ... 92
ANEXO B – PLANTA BAIXA (Disposição do Sistema Fixo de Proteção Contra Incêndio Por Agentes Limpos) ... 98
ANEXO C – VISTA DO CORTE AA ... 99
ANEXO D - VISTA ISOMÉTRICA DO SISTEMA INSTALADO NO AMBIENTE A SER PROTEGIDO ... 100
1 INTRODUÇÃO
O fogo foi a maior conquista do ser humano na pré-história, sendo sua utilização imprescindível para a sobrevivência de nossos antepassados pré-históricos. Quando controlado o fogo pode trazer vários benéficos ao homem, como preparo de alimentos, aquecimento, e é imprescindível em vários processos industriais, como a fabricação do aço, fabricação do vidro, geração de vapor, entre outros.
O problema ocorre quando o fogo escapa ao controle do homem e assume a dimensão de um incêndio, mesmo que em sua fase inicial, descaracterizando-se dos propósitos esperados, gerando medo e destruição. Quando isso acontece é necessário a intervenção imediata de um sistema ou equipe com capacidade técnica que impeça a sua propagação.
O mundo tem enfrentado ao longo da história diversas tragédias ligadas a incêndios, onde muitas vidas foram ceifadas, muitos patrimônios foram destruídos pelas chamas, trazendo perdas e prejuízos inestimáveis à sociedade.
Segundo Pereira (2009), os incêndios resultam em transtornos sociais significativos, cerca de 20% das organizações atingidas pelo fogo desaparecem definitivamente. Outras consequências são; o desemprego das pessoas que exerciam atividade laboral nestas organizações, a restrição da vida social e laboral das pessoas vítimas de queimaduras e o longo período de tratamento das mesmas.
Na área patrimonial, incêndio em lugares que possuem documentos e dados importantes como bibliotecas, museus, órgãos públicos, bancos e outros locais do gênero, além de causar prejuízo, podem gerar uma perda irreparável.
Quando se deseja combater incêndios em locais que possuem objetos de alto valor agregado como Data Centers, salas de controle, centrais telefônicas, laboratórios, bibliotecas e museus, têm que se pensar em substâncias extintoras (agentes extintores), que além de combater o fogo com rapidez e eficácia, possam também, minimizar a interrupção de serviços e o tempo de parada após o fogo, ou seja, que não deixe resíduos e que não provoque destruição no ambiente protegido após seu uso. Estas características são apresentadas pelas agentes extintores classificados com limpos, que são substâncias extintoras que combatem o fogo com eficiência, não danificam equipamentos e não deixam resíduos após seu uso.
Portanto, neste trabalho será abordado sobre o sistema fixo de proteção contra incêndio por agentes limpos, suas principais características e os benefícios da instalação deste sistema, para proteção das pessoas e do patrimônio.
1.1 Justificativa do Tema em Estudo
O mundo tem enfrentado ao longo da história diversas tragédias ligadas a incêndios, onde muitas vidas foram ceifadas, muitos patrimônios foram destruídos pelas chamas, trazendo perdas e prejuízos inestimáveis à sociedade.
Com isso, a necessidade de conhecer e prevenir o incêndio fez surgir o conceito de Segurança contra Incêndio (SCI), que tem por objetivos primordiais a proteção à vida humana e ao patrimônio.
Conforme Seito et al. (2008), internacionalmente, a SCI é encarada como uma ciência, portanto uma área de pesquisa, desenvolvimento e ensino, e um problema que merece investimentos pesados para diminuir as perdas devido a incêndios.
Segundo Pereira (2009), os estudos relacionados à SCI devem ser fundamentados em princípios fundamentais da física, química e matemática, atuantes na origem do problema, ou seja, o fogo.
Conhecendo a dinâmica do fogo em todos os seus aspectos, como causas, formação, consequências, pode-se buscar subsídios para a formulação de novos produtos, processos e sistemas relacionados às atividades de prevenção, proteção e combate a incêndio.
Estudando o fogo, descobriu-se também que nem todos os incêndios são iguais e nem todos podem ser tratados da mesma maneira. Cada situação exige uma maneira diferente para prevenir, proteger e combater incêndios. Um exemplo disto é que para cada situação de fogo exige um tipo diferente de agente extintor. Os agentes extintores são substâncias utilizadas em equipamentos ou sistemas de proteção contra incêndio, cuja função é a extinguir o fogo.
Segundo Heldt (2014), o agente extintor mais apropriado para cada tipo de incêndio depende do material que está queimando e o local onde a combustão está ocorrendo, pois o uso de substâncias extintoras inadequadas pode aumentar o fogo, causar danos a equipamentos e materiais que se deseja proteger ou ainda colocar em risco a vida e a saúde de seu operador.
A água sempre foi uma das melhores formas de se combater incêndios, mas à medida que a civilização foi se modernizando, surgem também novos materiais, processos industriais, novos combustíveis, sistemas de informação, obrigando o desenvolvimento de substâncias extintoras mais modernas, e com características diferentes.
Com o avanço tecnológico, surge também a automação de sistemas de informação, que utilizam computadores para o processamento de informações, como em bancos, universidades, companhias de processamentos de dados, etc. Incêndios nestes locais, além de causarem vitimas, podem causar a interrupção de serviços, gerando prejuízos sociais e econômicos incalculáveis. Com isso, há a necessidade de investir em segurança contra incêndio, buscando alternativas eficientes, que possam prevenir e combater incêndio no menor tempo possível, caso ele venha a acontecer.
Em maio de 2008, um problema elétrico na empresa americana de Data Center The Planet causou um incêndio, atingindo o provedor da empresa, provocando a parada de seu sistema e consequentemente as atividades da empresa, afetando aproximadamente nove mil servidores e 7500 clientes.
No Brasil, um princípio de incêndio no Data Center da empresa Telefônica, paralisou as operações da empresa, afetando milhares de pessoas.
Prevenir e combater incêndio em locais onde há o armazenamento e processamentos de informações, além de proteger a vida das pessoas que ali exercem suas atividades, protegem também a organização, pois danos causados nestes ambientes podem significar a paralisação das atividades, prejuízos materiais de elevada monta e perda de informações vitais.
A pesquisa por novas alternativas fez surgir recentemente o conceito de agentes limpos, que são agentes extintores que apresentam as seguintes características: não conduzem eletricidade, não prejudicam aparelhos eletrônicos, não deixam resíduos, não requerem limpeza após uso o que permite rápido retorno ás atividades operacionais, são eficazes, seguros para as pessoas e para o meio ambiente.
Segundo Seito et al. (2008), no atual estágio tecnológico, os sistemas de proteção contra incêndio por agentes limpos se tornaram a melhor alternativa, em ambientes que alocam equipamentos de alto valor agregado, pois não conduzem eletricidades, não são corrosivos, não poluem o meio ambiente, não danificam
equipamentos, sendo que após sua atuação é necessária somente uma adequada ventilação no ambiente para o reinício das atividades no local.
Com isso, o sistema fixo de proteção contra incêndio por agentes limpos, pode ser considerado, com uma técnica da área de proteção contra incêndio, criada recentemente, que além de combater o fogo com rapidez e eficácia, possam também:
- Salvar vidas;
- Proteger o patrimônio e equipamentos de alto valor;
- Minimizar a interrupção de negócios e o tempo de parada após o fogo; - Prevenir-se de resíduos derivados do fogo proporcionando limpeza rápida; - Minimizar a área requerida para instalação do sistema.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo Geral
O objetivo geral deste trabalho é realizar um estudo sobre sistemas fixos de proteção contra incêndio por agentes limpos, elaborando um projeto de engenharia do referido sistema, para sala do Data Center da Universidade Regional do Noroeste do Rio Grande do Sul (UNIJUI), utilizando uma metodologia de projeto.
1.2.2 Objetivos Específicos
Os objetivos específicos propostos neste trabalho são: - Divulgar as principais características do sistema;
- Comparar o método de extinção de incêndio por agente limpos, com os demais agentes extintores existentes;
- Listar os componentes do sistema e suas funções; - Apresentar os cálculos de dimensionamento do sistema; - Seguir uma metodologia de projeto;
- Contribuir de maneira técnica na melhoria da segurança contra incêndio na sala do Data Center da Universidade;
1.3 Metodologia
A forma de abordagem teórica utilizada na pesquisa foi o método de abordagem dedutiva (do geral para o específico), partindo do conhecimento do fogo, sua dinâmica (princípios físicos e químicos atuantes), partindo para a área da segurança contra incêndio, demonstrando os meios de prevenção e proteção contra incêndio, até a elaboração do projeto de um sistema de proteção contra incêndio por agentes limpos.
As técnicas de pesquisa utilizadas para elaboração do trabalho foram: - Revisão bibliográfica;
- Consulta de Normas especificas;
- Consulta com empresas especializadas na área sistema de proteção por agentes limpos.
Para a elaboração deste trabalho foram utilizadas algumas obras da área da SCI, as quais apresentam informações importantes sobre o tema em questão. Dentre esta obras serão apresentados trabalhos acadêmicos, obras literárias, artigos, manuais e normas regulamentadoras.
Como fonte de consulta principal, para a elaboração do projeto foi utilizada a Norma NFPA 2001 – Padrão em sistemas de extinção de incêndio por agente limpo (Standard on clean agent fire extinguishing systems), que é um dos mais completos trabalhos referente aos agentes limpos, pois abrange todos os tipos de agentes limpos, seus parâmetros de utilização, regulamentos e padronizações de uso e definiu regras mais rígidas para proteção de pessoas e do meio ambiente.
A Norma NFPA 2001, edição 2012, mostra as principais especificações técnicas dos agentes limpos, a padronização para implantação de sistemas, limitações de projetos e quais os riscos de incêndios a ser atendido. A Norma apresenta também algumas formas de cálculos para o dimensionamento de sistemas, referente à concentração do agente de acordo com a área a ser protegida. Nesta Norma são padronizados os requisitos para os equipamentos utilizados em sistema de proteção contra incêndio.
Como os sistemas de supressão de incêndio por agentes limpos são uma técnica recentemente criada na área de SCI, no Brasil ainda não foram formuladas normas regulamentares para estes tipos de sistemas. Os órgãos responsáveis pela fiscalização de sistemas contra incêndio no Brasil determinam que para a
implantação de sistema que utilizam agentes limpos devem seguir padrões definidos pela NFPA-2001. O Corpo de Bombeiros do Estado de São Paulo possui a Instrução Técnica nº 26/2011 (IT 26/2011), a qual estabelece algumas exigências para as instalações de sistemas fixos de gases para combate a incêndio em edificações e áreas de riscos daquele Estado, sendo usado como modelo para outros estados, o que é o caso do Rio Grande do Sul.
Seito et al. (2008), apresenta uma das maiores obras literárias brasileira, referente à SCI, que serve de base para estudos nessa área. O livro é resultado do esforço consagrado de vários profissionais da área de segurança contra incêndio. A Obra descreve os principais sistemas de proteção contra incêndio, bem como suas características. Apresenta um capítulo destinado aos agentes extintores gasosos, abordando as principais característica e aplicações dos agentes limpos, não tendo como objetivo ensinar a projetar, calcular ou instalar sistemas fixos de agentes limpos, mas sim, apresentar os fundamentos da norma NFPA 2001, auxiliando no seu entendimento e aplicação.
Brentano (2010), apresenta os principais tipos de sistemas de proteção contra incêndio nas edificações, entre eles o sistema por agentes limpos. O livro demonstra a importância da preocupação com a proteção contra incêndio desde o início do projeto arquitetônico. Apresenta também, com detalhamento, os materiais, dispositivos e equipamentos utilizados, na instalação de sistemas contra incêndios, bem como suas formas de utilização, posicionamento, inspeções, testes e manutenção. A obra apresenta também cuidados, observações e comentários sobre normas e leis da área de prevenção de incêndios.
Dias (2011), propõe em seu trabalho uma metodologia de projeto para instalação de sistema de supressão de incêndio com agentes limpos. A autora descreve através de um fluxograma todos os passos a serem seguidos pelo projetista para dimensionar e projetar o sistema, bem como cálculos, fatores de correção, limites de projeto, seguindo padrões especificados pela norma NFPA 2001 e valores tabelados necessários para elaborar um projeto de sistema de combate a incêndio que utiliza agente limpo, além de listar todos os documentos necessários para produção de um projeto executivo.
O trabalho está estruturado em cinco capítulos, onde no primeiro capítulo é feito uma introdução sobre o tema em estudo, bem como são apresentados os objetivos do trabalho.
No segundo capítulo é realizada uma revisão bibliográfica em relação ao o tema abordado, iniciando pela dinâmica do fogo, seguindo para os conceitos que envolvem a segurança contra incêndio, até uma abordagem aprofundada sobre os agentes limpos.
No terceiro capítulo são apresentados os componentes de um sistema fixo de proteção contra incêndio por agentes limpos. No quarto capítulo é apresentada a metodologia de projeto seguida para o desenvolvimento do projeto de engenharia.
No quinto e último capítulo foi apresentado um estudo de caso, referente ao desenvolvimento do projeto do sistema fixo de proteção contra incêndio por agentes limpos para a sala do Data Center da Universidade.
2 REVISÃO BIBIOGRÁFICA
2.1 A Dinâmica do Fogo
Os estudos relacionados à Segurança Contra Incêndios devem ser fundamentados em princípios fundamentais da física, química e matemática, atuantes na origem do problema, ou seja, o fogo. (PEREIRA, 2009).
Conhecendo a dinâmica do fogo em todos os seus aspectos, como causas, formação, consequências, pode-se buscar subsídios para a formulação de novos produtos, processos e sistemas relacionados às atividades de prevenção, proteção e combate a incêndio.
2.1.1 Definição de Fogo
Segundo Brentano (2010), o fogo é uma reação química, que ocorre com a oxidação rápida do material combustível com o ar, provocada por uma fonte de calor, que gera chama, libera calor, emite fumaça, gases e outros resíduos.
O fogo pode ser denominado também como combustão, que é uma reação exotérmica que consiste na combinação de material combustível com o comburente (oxigênio do ar), que quando ativado por uma fonte de calor (chama, fagulha ou contato com uma superfície aquecida), inicia uma reação química, ou seja, o fogo, (BRENTANO, 2010).
A Norma Brasileira Regulamentadora (NBR) n° 13860 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), conceitua o fogo como sendo um processo de combustão caracterizado pela emissão de luz e calor.
2.1.2 Definição de Incêndio
Conhecendo a definição de fogo, bem como sua ciência, pode-se então diferenciar o fogo e o incêndio propriamente dito.
Conforme a NBR 13860 (1997, p 06), “Incêndio é o fogo fora de controle”. Segundo (SEITO et al, 2008, p 35): “Internacional ISO 8421-1: Incêndio é a combustão rápida disseminando-se de forma descontrolada no tempo e no espaço”. Conforme o Corpo de Bombeiros da Polícia Militar do Estado de São Paulo-
CBPM-SP, “Incêndio é o fogo sem controle, intenso, o qual causa danos e prejuízos à vida, ao meio ambiente e ao patrimônio”. (CBPM-SP, IT 003/2011, p 136).
2.1.3
Transformações Químicas e Físicas Decorrentes do Fogo
O fogo pode ter formas variadas, mas todas elas envolvem uma reação química entre algum tipo de material combustível e o oxigênio, com a produção de calor. Quando alguma matéria queima, o calor é gerado rapidamente e pode ser dissipado, causando uma significativa elevação da temperatura. (BRASIL, 2014).
As transformações químicas e físicas quase sempre envolvem uma troca de energia. A energia potencial de um material combustível é liberada durante a combustão e é convertida em energia cinética.
Segundo Brasil (2014), as reações que liberam energia são chamadas de exotérmicas. Assim o fogo é uma reação química exotérmica, também denominada de combustão, que libera energia na forma de calor e luz.
Durante a reação de combustão são formados diversos produtos resultantes da combinação dos átomos dos elementos reagentes. Estes produtos apresentam-se na forma de vapores, gaapresentam-ses e partículas finamente subdivididas (fumaça), apresentam-sendo a fumaça, constituída de gases, vapores e fuligem, o produto que apresenta através de sua toxidade o maior perigo para vida humana em caso de um incêndio.
2.1.4 Elementos Componentes do Fogo
Conforme Brentano (2010), o fogo pode ser denominado também como combustão, que é uma reação exotérmica, sendo que para que ocorra o fenômeno do fogo, deve haver a ocorrência simultânea de quatro elementos essenciais, que são:
- Combustível;
- Comburente (oxigênio); - Calor;
- Reação em cadeia.
A combinação destes quatro elementos forma o chamado tetraedro do fogo, como demonstrado na Figura 1, originando assim o fogo.
Figura 1 – Tetraedro do fogo
Fonte: Brasil, (2014)
- Combustíveis: são os materiais suscetíveis à queima, ou seja, o que irá ser consumido pelas chamas, podendo ser sólidos, líquidos ou gasosos.
- Comburente: é o agente químico que ativa e conserva a combustão, combinando-se com os gases ou vapores do combustível, formando uma mistura inflamável. Em outras palavras, comburente é considerado o oxigênio presente no ar atmosférico. Para manter a ocorrência do fogo, o percentual de oxigênio presente no ambiente não pode ser menor que 14%, em volume.
- Calor: é a energia que dá início, mantém e incentiva a propagação do fogo. É o agente provocador da reação química da mistura inflamável proveniente da combustão do combustível e do comburente.
- Reação em cadeia: é a transferência de calor de uma molécula do material em combustão para a molécula vizinha, ainda intacta, a qual irá aquecer e entrar em combustão, assim sucessivamente, até que todo material esteja em combustão.
2.1.5 Temperaturas Características
Outras propriedades importantes a serem observadas em relação ao estudo do fogo são os pontos de temperaturas dos materiais. Segundo Brentano (2010), os
materiais combustíveis apresentam três temperaturas bem características e especificas no processo de combustão, que são: ponto de fulgor, ponto de combustão e ponto de ignição.
A Norma Brasileira Regulamentadora (NBR) n° 13860 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), conceitua da seguinte maneira os pontos de temperaturas dos materiais combustíveis:
“Ponto de fulgor: Menor temperatura na qual um combustível emite vapores em quantidade suficiente para formar uma mistura com o ar na região imediatamente acima da sua superfície, capaz de entrar em ignição quando em contato com uma chama, e não mantê-la após a retirada da chama”. (NBR 13860, 1997, p 08).
“Ponto de combustão: Menor temperatura na qual um combustível emite vapores em quantidade suficiente para formar uma mistura com o ar na região imediatamente acima da sua superfície, capaz de entrar em ignição quando em contato com uma chama, e manter a combustão após a retirada da chama.” (NBR 13860, 1997, p 08).
“Autoignição; ou ponto de autoignição: Menor temperatura na qual um combustível emite vapores em quantidade suficiente para formar uma mistura com o ar na região imediatamente acima da sua superfície, capaz de entrar em ignição quando em contato com o ar.” (NBR 13860, 1997, p 02).
2.1.6 Propagação do Fogo
Conforme Seito et al. (2008), uma vez iniciado o fogo, deve-se levar em conta o mecanismo de transmissão de energia, ou seja, as forma de propagação do fogo. As formas de propagação do fogo estão relacionadas com as formas de transferência de calor.
Segundo Brasil (2014), o calor é um processo de transferência de energia térmica produzida pela combustão ou originada pelo atrito dos corpos. Há três processos de transmissão de calor:
- Condução; - Convecção;
- Irradiação Térmica.
2.1.6.1 Propagação por Condução
O calor é transferido de molécula para molécula, pelo contato direto entre dois corpos (objetos). Quando há fogo na extremidade de uma estrutura, o calor
será transmitido ao longo desta, até atingir algum material combustível de fácil ignição que se encontra em contato com a estrutura ou próximo dela, aquecendo este outro material, iniciando ignição do mesmo.
A Figura 2 ilustra a forma de propagação do fogo em um ambiente pelo processo de transferência de calor por condução.
Figura 2 – Transferência de calor por condução
Fonte: Brasil, (2014)
2.1.6.2 Propagação por Convecção
O calor é transferido através do deslocamento de uma massa de ar aquecida, do ambiente incendiado para outros locais, em quantidade suficiente para iniciar outros focos de incêndio. Esta forma de propagação é característica dos líquidos e dos gases e ocorre através da formação de correntes ascendentes e descendentes no meio da massa de ar, devido à dilatação e a consequente perda de densidade da porção de ar mais próxima da fonte de calor. (BRASIL, 2014).
Conforme Seito et al. (2008), os gases quentes como são menos densos tendem a ocupar a atmosfera superior enquanto que os gases frios tendem a ocupar a parte inferior do ambiente em chamas, originando assim o fluxo de calor por convecção, na qual os gases quentes entram em contato com as demais estruturas, transferindo o calor.
O fluxo de calor por convecção no interior de um ambiente pode ser observado na Figura 3.
Já a Figura 4 ilustra a forma de propagação de fogo entre os ambientes de uma edificação pelo processo de transferência de calor por convecção.
Figura 3 – Fluxo de calor por convecção
Fonte: Seito et al. (2008)
Figura 4 – Transferência de calor por convecção
Fonte: Brasil, (2014)
2.1.6.3 Propagação por Irradiação Térmica
O calor é transferido através do espaço, por meio de ondas eletromagnéticas, sem utilizar qualquer meio material. Exemplo deste processo é o
calor irradiado do sol para a superfície do Planeta, outro exemplo é o calor que sentimos no rosto quando se aproximamos do fogo.
A Propagação de calor através de ondas de irradiação no interior de um ambiente pode ser observada na Figura 5.
Figura 5 – Transferência de calor por ondas de irradiação
Fonte: Seito et al. (2008)
O fogo pode ser propagado de uma edificação para outra, localizada em seu entorno, pelo processo de irradiação de calor, como demonstrado na Figura 6.
Figura 6 – Transferência de calor por irradiação
2.1.7 Classes do Fogo/Incêndio
Para Brentano (2010), os fogos/incêndios são classificados de acordo com o material combustível, e podem ser descritos em cinco classes diferentes, que são: A, B, C, D e K.
Os incêndios são classificados de acordo com o material combustível que está sendo consumido pelo fogo. Conforme NBR 13860 (1997), as Classes de Incêndios, é uma classificação didática na qual se definem fogos de diferente natureza.
- Classe A: fogo em materiais combustíveis sólidos, que queimam em superfície e em profundidade e, em razão de seu volume, deixando resíduos após a combustão, como brasas e cinzas. A extinção se dá por resfriamento, principalmente pela ação da água, que é o mais eficiente agente extintor, para esta classe de incêndio, e por abafamento, como ação secundária. Fogo em madeira, papéis, tecidos, plásticos, são exemplos de fogo da classe A.
- Classe B: fogo em líquidos e gases inflamáveis ou combustíveis sólidos, que se liquefazem por ação do calor e queimam somente em superfície. A combustão destes materiais caracteriza-se por não deixarem resíduos. A extinção se dá por abafamento, pela quebra de reação química em cadeia e pela retirado do material combustível. Para extinção de incêndios desta classe o melhor agente extintor é a espuma mecânica, podendo utilizar também, pó químico seco e gases. Fogo em gasolina, óleo diesel, gás liquefeito de petróleo (GLP), são exemplos de fogo da classe B.
- Classe C: fogo em equipamentos e instalações elétricas energizadas, ou seja, fogo em equipamento que estão sendo alimentados por corrente elétrica. Para a extinção de incêndios desta classe devem-se usar agentes extintores não condutores de energia elétrica. Sendo os gases, como os agentes limpos e o dióxido de carbono (CO2) os melhores agentes para esta classe de incêndio. São exemplos de fogo da classe C, fogo em computadores, centrais elétricas, centrais de processamento de dados, televisores, desde que estejam energizados.
- Classe D: fogo em metais e materiais pirofóricos, que são metais combustíveis, como o magnésio, titânio, zircônio, lítio. Estes materiais queimam rapidamente e reagem com o oxigênio atmosférico, atingindo altas temperaturas. Para extinção deste tipo de incêndio, exige-se técnica, equipamentos e agentes
extintores especiais. Sendo que a água pode reagir com alguns destes metais combustíveis, como o magnésio por exemplo.
- Classe K: Brentano (2010), descreve ainda uma nova classe de incêndio, a classe K, que se referem a fogo em óleos comestíveis, gorduras animais e graxas, que são substâncias muito utilizadas em cozinhas industriais. Para extinção deste tipo de incêndio, exigem-se agentes extintores que proporcionem uma ótima cobertura em forma de lençol de abafamento.
2.1.8 Fases de Desenvolvimento do Fogo
Conforme Brentano (2010), o comportamento do fogo em um ambiente depende de vários fatores, destacando-se o tipo de ocupação, os materiais de revestimento e acabamento, da quantidade e tipo de mobiliário e equipamentos presentes no ambiente, bem como da ventilação atuante no ambiente. Estes fatores influenciam significativamente na forma de evolução do fogo, cujo início, desenvolvimento e propagação, apresentam velocidades e intensidade características.
O desenvolvimento genérico de um incêndio pode ser representado através do gráfico Temperatura x Tempo, o qual representa a evolução da temperatura do local sinistrado em função do tempo por meio de uma curva característica.
A teoria de incêndio difundida mundialmente analisa a curva, dividindo-a em três fases distintas: ignição (primeira fase), fase de aquecimento e fase de resfriamento (extinção), conforme ilustrado na Figura 7.
Figura 7 – Curva temperatura x tempo de um incêndio
Para Seito et al., (2008) a fase de aquecimento, pode ser dividida em duas etapas, a fase crescente e a fase desenvolvida constituindo o gráfico temperatura x tempo em quatro estágios distintos. A Figura 8 apresenta a curva de evolução do fogo em um incêndio celulósico de uma edificação, onde estão apresentadas as quatros fases definidas por Seito et al., (2008).
Figura 8 – Curva de evolução de um incêndio celulósico
Fonte: Seito et al. (2008)
- primeira fase (pré-ignição): apresenta uma combustão lenta, sem chama e produção de pouco calor, mas com potencial para preencher o compartimento com gases combustíveis e fumaça, é nesta fase que o sistema de detecção deve operar dando início ao combate a incêndio, com isso extinção tem grande probabilidade de sucesso, evitando danos.
- segunda fase (crescimento do fogo): nessa fase ocorre a ignição das chamas e a propagação do fogo. A temperatura do compartimento aumenta na razão direta do desenvolvimento do calor dos materiais em combustão. A elevação constante da temperatura faz com que o ambiente seja tomado por gases e vapores combustíveis desenvolvidos na pirólise dos combustíveis sólidos, favorecendo assim
para que ocorra a inflamação generalizada (flashover) que ocorre em torno dos 600ºC, fazendo com que o ambiente seja tomado por grandes labaredas.
- terceira fase (incêndio desenvolvido): é nessa fase que as temperaturas do ambiente atingirão os maiores valores. Todos os materiais combustíveis do ambiente entrarão em combustão. O fogo começa a se propagar para outros compartimentos por meio das aberturas internas, fachadas e coberturas.
- quarta fase (extinção): caracterizada pela diminuição gradual da temperatura do ambiente e das chamas, isso ocorre por exaurir o material combustível.
2.1.9 Métodos de Extinção do Fogo
Conhecendo a dinâmica do fogo, ou seja, os elementos que são necessários para a ocorrência do mesmo, e conhecendo ainda as classes de fogo/incêndio, se deduz que, para extingui-lo, basta eliminar um dos três elementos que o compõe, ou interromper a reação em cadeia.
Os métodos de extinção do fogo de acordo com os elementos que o compõe e que se deseja neutralizar são:
- Extinção por isolamento: refere-se à retirada do material combustível. - Extinção por abafamento: refere-se à retirada do comburente, ou seja, evitar que o fogo seja alimentado por mais oxigênio do ar, ou reduzindo-o para uma concentração menor que 14%.
- Extinção por resfriamento: refere-se à retirada do calor, um método muito utilizado neste caso, é o uso da água como agente extintor, a qual absorve o calor do material em combustão, evitando que este libera mais gás, eliminando a combustão.
- Extinção química: refere-se à quebra da cadeia de reação química, onde, pela dissociação de moléculas de determinados agentes extintores, devido ao contato com o calor, formam átomos e radicais livres, e estes se combinam com os gases ou vapor do material em combustão, formando outra mistura não inflamável. Para este método de extinção utilizam-se determinados tipos de pó químicos como agentes extintores.
A Figura 9 ilustra os quatros métodos de extinção do fogo, através eliminação de pelo menos um dos elementos que o compõe.
Figura 9 – Métodos de extinção do fogo: (a) resfriamento, (b) abafamento, (c) isolamento e (d) química.
Fonte: CBPM-SP/IT 02, 2011
2.1.10 Agentes Extintores
Segundo Brentano (2010), para extinguir o fogo é necessário eliminar, no mínimo, um dos elementos que o formam. Para isso, utilizam-se substâncias chamadas de agentes extintores, que atuam diretamente sobre um destes elementos. Cada material combustível possui características de combustão diferentes, o que exige formas especifica para eliminar o fogo. A escolha do agente extintor a ser utilizado deve ser apropriada, para uma ação rápida e eficiente, causando o mínimo de danos à vida das pessoas e ao patrimônio.
Os principais agentes extintores usados hoje são a água, pós-químicos, espuma aquosa e os gases. Estes últimos destacando-se os estudos em cima dos agentes limpos.
- Água: é uma das substâncias mais usadas como agente extintor de incêndio, por ser uma substância abundante na natureza, e a mais efetiva no combate a incêndio, isto devido ao seu grande poder de absorção de calor, sendo um agente extintor seguro, não tóxico, não corrosivo, estável e econômico. Como agente extintor a água age pelo método de resfriamento e abafamento,
simultaneamente, conforme seu estado físico. No estado líquido a água age sobre o fogo por resfriamento, pois possui um elevado calor latente de vaporização, absorvendo o calor radiante das chamas e se aquecendo até se transformar em vapor. No estado de vapor a água age pelo método de abafamento, reduzindo a taxa de oxigênio no ambiente e consequentemente a inflamabilidade. A água é o agente extintor mais indicado para fogo/incêndio da classe A, ou seja, fogo em materiais combustíveis sólidos. (BRENTANO, 2010).
- Pó Químico: conforme Brentano (2010) os pó químicos são compostos principalmente por bicarbonato de sódio, bicarbonato de potássio, cloreto de potássio, bicarbonato de potássio-uréia e o monofosfato de amônia, combinados com aditivos que inibem a umidade e aglutinação do pó. É um agente extintor muito utilizado, especialmente em extintores portáteis e móveis, tendo com principio de extinção principal, a quebra da reação química em cadeia da combustão, atuando também por abafamento e resfriamento. Há dois tipos de pó químico, o BC e o ABC, correspondentes às classes de incêndio em que são eficazes.
- Espuma Aquosa: agente extintor cuja principal ação de extinção é de abafamento e, secundariamente, de resfriamento. A espuma pode ser obtida através do processo de mistura entre a água, um agente espumante específico (extrato), também conhecido de Líquido Gerador de Espuma (LGE) e a aspiração simultânea de ar atmosférico, através do uso de esguichos especiais. (BRASIL, 2014). A Espuma é o agente extintor mais indicado para fogo/incêndio da classe B, ou seja, fogo em líquidos inflamáveis. Como a espuma é mais leve, a mesma flutua sobre o líquido combustível, extinguindo o fogo por abafamento e por possuir água em sua formação, extingue também por resfriamento.
- Agentes Gasosos: os agentes gasosos se dividem em dois grupos, os químicos ou inertes (agentes limpos) e dióxido de carbono (CO2). São gases não combustíveis nem comburentes, não conduzem eletricidade e não deixam resíduos após sua aplicação. São utilizados em sistema fixos ou portáteis de proteção contra incêndio, instalados em locais onde se deseja proteger ativos de elevado valor agregado, onde é inviável o uso de agentes extintores que deixam resíduos, são adequados para incêndios classe A, B ou C.
O principio de extinção dos agentes gasosos está baseado na redução de oxigênio de um compartimento (abafamento), atuando também na retirado da
energia térmica presente no incêndio (resfriamento) e na interrupção da reação química em cadeia do processo de combustão.
2.2 Agentes Limpos
Com o banimento do agente extintor Halon, após o Protocolo de Montreal em 1987, por se tratar de uma sustância destruidora da camada de ozônio, surgiu à necessidade de desenvolvimento de novas substâncias que pudessem combater incêndios com rapidez e eficiência e que acima de tudo não prejudicassem o meio ambiente.
A pesquisa passou a ser orientada de forma constante, onde diversos programas foram criados, destacando-se o SNAP (Significant New Alternative Polices) criado pela EPA (Environmental Protection Agency), agência de proteção ambiental dos Estados Unidos, com o objetivo de encontrar um elemento que capaz de satisfazer as propriedades funcionais do agente extintor Halon, adicionado à satisfação de novas exigências de proteção ambiental. Com isso surgiu o conceito de agente limpo.
Segundo o Copo de Bombeiros do Estado de São Paulo (CBPM-SP, IT 003/2011), define:
“Gás limpo: agentes extintores na forma de gás que não degradam a natureza e não afetam a camada de ozônio. São inodoros, incolores, maus condutores de eletricidade e não corrosivos. Dividem-se em compostos halogenados e mistura de gases inertes. Quando utilizado na sua concentração de extinção, permite a respiração humana com segurança”.
(CBPM-SP, IT 003/2010, p 134).
A National Fire Protection Association (NFPA) desenvolveu a Norma NFPA 2001 – Standard on clean agent fire extinguishing systems, que é um dos mais completos trabalhos referente aos agentes limpos, pois abrange todos os tipos de agentes limpos e seus parâmetros de utilização, regulamentos e padronizações de uso. A referida norma define os agentes limpos como: “Agente extintor de incêndio gasoso, não condutor de eletricidade, volátil, e que não deixa resíduo após evaporação.” (NFPA 2001, 2012).
Baseado em suas definições os Agente Limpos são gases que apresentam as seguintes características:
a) Não conduzem eletricidade;
c) São adequados para incêndios classe A, B ou C;
d) Após a extinção, permitem o reinício imediato das atividades do local. e) Não afetam a camada de ozônio.
Os agentes limpos são utilizados em sistema fixos de proteção contra incêndio, instalados em locais onde se deseja proteger ativos de elevado valor agregado, onde é inviável o uso de agentes extintores que deixam resíduos.
A Tabela 1 apresenta os agentes que atendem aos critérios abordados na NFPA 2001.
Tabela 1 - Agentes abordados na NFPA 2001
Nome NFPA Nome Químico Fórmula Química
FK-5-1-12 Dodecafluoro-2- methylpentan-3-one CF3CF2C(O)CF(CF3)2 HCFC Blend A Dichlorotrifluoroethane HCFC-123 (4.75%) CHCl2CF3 Chlorodifluoromethane HCFC-22 (82%) CHClF2 Chlorotetrafluoroethane HCFC-124 (9.5%) Isopropenyl-1- methylcyclohexene (3.75%) CHClFCF3 HCFC-124 Chlorotetrafluoroethane CHClFCF3 HFC-125 Pentafluoroethane CHF2CF3 HFC-227ea Heptafluoropropane CF3CHFCF3 HFC-23 Trifluoromethane CHF3 HFC-236fa Hexafluoropropane CF3CH2CF3
FIC-13I1 Trifluoroiodide CF3I
IG-01 Argon Ar IG-100 Nitrogen N2 IG-541 Nitrogen (52%) N2 Argon (40%) Ar Carbondioxide (8%) CO2 IG-55 Nitrogen (50%) N2 Argon (50%) Ar HFC Blend B Tetrafluoroetano (86%) CH2FCF3 Pentafluoroethane (9%) CHF2CF3 Carbondioxide (5%) CO2 Fonte: NFPA 2001 (2012)
Conforme Seito et al., (2008), para o perfeito entendimento e aplicação dos agentes limpos, é essencial o conhecimento das seguintes definições:
- Potencial de agressão à camada de Ozônio (ODP – Ozone Depletion Potential);
- Potencial de aquecimento global (GWP - Global Warming Potential); - NOAEL (No Observed Adverse Effects Level);
- LOAEL (Lowest Observed Adverse Effects Level).
2.2.1 Potencial de Agressão à Camada de Ozônio – ODP.
Índice que fornece uma medida relativa do efeito de uma substância sobre a camada de ozônio, ou seja, é a capacidade de uma determinada substância de provocar danos à camada de ozônio. Este índice é calculado em relação ao composto R11 ou CFC-11 (Tricloromonofluormetano), que possui um valor fixo de referência igual a 1 (um). Quanto maior o índice de ODP, mais agressiva será a substância.
O índice ODP pode ser calculado a partir da Equação 1
ODPi =
à ãà ã
(1)
2.2.2 Potencial de aquecimento global – GWP
Parâmetro que fornece uma medida relativa ao possível impacto de determinada substância sobre o clima, principalmente sua atuação como um gás de efeito estufa. As duas principais características que podem determinar se uma substância poderá contribuir para o aquecimento global é a sua absorção de energia infravermelha (IV) e a sua persistência na atmosfera. (3M RESUMO TÉCNICO, 2014).
Todos os compostos orgânicos absorvem energia infravermelha, sendo que as substâncias que contém ligações de carbono-flúor apresentam alta absorção de energia IV. Caso estas substâncias possuírem longa vida útil na atmosfera apresentarão um alto GWP.
Conforme apresentado pela empresa 3M em seu Resumo Técnico (2014) o potencial de aquecimento global de uma composto segue a Equação 2, proposta pelo Painel Intergovernamental sobre mudanças climáticas (IPCC – Intergovernamental Panelon Climate Change), onde o GWP é calculado como a força radiativa integrada, resultante da liberação de 1 kg do composto, referente ao aquecimento gerado por 1 kg de CO2 durante um determinado tempo – horizonte de tempo de integração (ITH – Integration time horizon).
=
1/*0!".$"% &'( *+),-. !2%3.$2%34.5-. /*0 1(2) Onde:
F: Força radiativa por unidade de massa de um composto (a alteração no fluxo de radiação através da atmosfera devido à absorbância de infravermelho desse composto);
C: Concentração atmosférica de um composto; T: Vida útil na atmosfera de um composto; t: Tempo;
x: Composto sob análise; CO2: Dióxido de carbono.
O ITH estima o tempo de vida do composto na atmosfera. Possui índices de efeitos de curto prazo (20 anos), prazo padrão (100 anos) e longo prazo (500 anos). Os agentes limpos seguem uma cinética de pseudo primeira ordem, com decaimento exponencial da taxa de concentração do composto na atmosfera. (GABRIEL, 2014).
2.2.3 NOAEL (No Observed Adverse Effects Level)
Segundo NFPA 2001 (2012), NOAEL representa a concentração mais alta de um composto em que não foi observado efeito toxicológico ou fisiológico adverso.
Para Seito et al., (2008), é a maior concentração de um determinado agente, onde não se observa nenhuma reação, efeito adverso ou sintomas em seres humanos submetidos a essa atmosfera.
2.2.4 LOAEL (Lowest Observed Adverse Effects Level)
O LOAEL representa o mais baixo nível onde se observa efeitos adversos, ou seja, a menor concentração em que foram observados efeitos fisiológicos ou toxicológicos adversos. (NFPA 2001, 2014).
É a menor concentração de um determinado agente, na qual pode se observar qualquer reação, efeito adverso ou sintoma em seres humanos submetidos a essa atmosfera. (SEITO et al., 2008).
Segundo a NFPA 2001 (2012) para os agentes limpos abordados na norma, o NOAEL e LOAEL são baseados no efeito toxicológico conhecido como sensibilização cardíaca. Esta sensibilização ocorre quando um produto químico provoca um aumento da sensibilidade do coração à adrenalina, uma substância natural produzida pelo corpo durante períodos de estresse, levando ao aparecimento súbito de batimentos cardíacos irregulares e possivelmente ataque cardíaco.
A Tabela 2 apresenta os valores de NOAEL e LOAEL dos diversos agentes limpos aprovados pela NFPA 2001.
Tabela 2– Valores de NOAEL e LOAEL
Agent NOAEL (%) LOAEL (%) FK-5-1-12 10.0 >10.0 HCFC Blend A 10.0 >10.0 HCFC-124 1.0 2.5 HFC-125 7.5 10.0 HFC-227ea 9.0 >10.5 HFC-23 30 >50 HFC-236fa 10 15 HFC Blend B* 5.0* 7.5* IG-01 43.0 52.0 IG-100 43.0 52.0 IG-541 43.0 52.0 IG-55 43.0 52.0 Fonte: NFPA 2001, 2012
A NFPA 2001 (2012), determina que para proteção de ambientes habitados a máxima concentração de agente permitida é o NOAEL, ou seja, concentração que não oferece risco toxicológico as pessoas, mas mesmo assim a norma estabelece
um tempo máximo de permanência no local, quando acionado o agente, de 5 minutos.
2.2.5 Classificações dos Agentes Limpos
Devido à existência de agentes limpos que utilizam diferentes processos físico-químicos no combate a incêndios, a norma NFPA 2001 classifica os agentes limpos em dois grupos distintos. (SEITO et al., 2008).
a) Gases Inertes; b) Gases Ativos. 2.2.5.1 Gases Inertes
Os Gases Inertes combatem incêndios pelo principio do abafamento, reduzindo a concentração de oxigênio presente no ar até 12% em volume, onde segundo a norma NFPA 2001, é a mínima concentração de O2 sem riscos para a vida humana. Os gases inertes são formados basicamente por uma composição de argônio e nitrogênio, e são comercializados pelos produtos Argonite (IG-55), Argon (IG-01) e Inergen (IG-541). (SEITO et al., 2008).
As principais características dos gases inertes são: - Não conduzem eletricidades;
- Não deixam resíduos;
- São armazenados como gases comprimidos, o que implica em um maior número de cilindros;
- Não afetam o meio ambiente;
- Não geram subprodutos de decomposição;
- Atuam pelo processo de retirada do oxigênio do ambiente.
Por atuarem por um princípio físico (redução do nível de oxigênio) e não químico, na extinção de incêndio, os gases inertes necessitam de uma concentração mínima de projeto superior a 35%, o que acarreta uma grande quantidade de gás para proteger um ambiente em relação aos gases ativos.
A Tabela 3, apresenta os principais gases inertes existentes no mercado, destacando sua principais características.
Tabela 3– Principais gases inertes
NOME COMERCIAL INERGEN ARGON ARGONITE
NFPA-2001 IG-541 IG-01 IG-55
Nome químico Argônio/nitrogênio Argônio Argônio/nitrogênio
Fórmula química 52% nitrogênio 40% argônio 8% CO2 100% argônio 50% argônio 50% nitrogênio
Pressão cilindro 2.175 psi 2.370 psi 2.222 a 4.443 psi
Pressão no redutor 1.000 psi 975 psi 950 psi
Concentração mínima
de projeto 37,50% ~ 37,5% ~ 37,5%
NOAEL 43% ~ 43% ~ 43%
Tempo de descarga 60 s 60 s 60 s
Uso em áreas ocupadas
(NFPA) Sim Sim Sim
ODP Zero Zero Zero
Toxicidade Não tóxico Não tóxico Não tóxico
Produtos de decomposição Somente os gerados no incêndio Somente os gerados no incêndio Somente os gerados no incêndio Fonte: SEITO et al., (2008)
2.2.5.2 Gases Ativos
Os Gases Ativos, também conhecidos como Halocarbonos ou Halogenados, que contém como componentes principais um ou mais compostos orgânicos contendo elementos como flúor, cloro, bromo ou iodo. O princípio de funcionamento não é a redução de oxigênio, mas atua na retirada da energia térmica presente no incêndio e na interrupção da reação química em cadeia do processo de combustão.
A NFPA 2001 (2014), divide os gases ativos em 5 grupos distintos: os hidrofluorcarbonetos (HFC), os hidroclorofluorcarbonos (HCFC), os perfluorcarbonos (PFCs ou SFB), os fluoroiodocarbons (FICs), e os fluoroketones (FKS).
Os agentes ativos são formados por diversas famílias químicas não restringidas no Protocolo de Montreal (1987). Atualmente, existem diversos tipos de agentes ativos, sendo que os principais são comercializados pelos produtos FM-200 (HFC), FE-227 (HFC) e o Novec 1230 (FKS).
Conforme Seito et al. (2008), os gases ativos são um grupo de agentes limpos, oriundos da mistura de elementos químicos, não asfixiantes, que combatem
incêndios inibindo a reação química entre combustível e comburentes, além de sua ação resfriadora no incêndio.
As principais características dos gases ativos são: - Não conduzem eletricidades;
- Não deixam resíduos;
- São armazenados como líquido ou gases liquefeitos, o que implica em um menor numero de cilindros;
- Afetam a atmosfera, contribuindo para o aquecimento global;
- Sua descarga deve ser efetuada em no máximo 10 segundos, para diminuir a formação de subprodutos de decomposição.
A Tabela 4, apresenta os principais gases ativos existentes no mercado, destacando sua principais características.
Tabela 4– Principais gases ativos
FABRICANTE E.I. DUPONT
GREAT LAKES
CHEMICAL 3M
Nome comercial FE-13 FM-200 Novec 1230
NFPA-2001 HFC-23 HFC-227ea FK-5-1-12
Nome químico Tri-fluor-metano Hepta-fluor-propano Dodecafluoro-2- methylpentan-3-one
Fórmula química CHF3 CF3CHFCF3 CF3CF2C(O)CF(CF3)2
Pressão critica 700 psi 424 psi 270 psi
Concentração mínima
de projeto 16,80% 7,00% 4,20%
NOAEL 30% 9% 10%
Tempo de descarga < 10 s < 10 s 10 s
Uso em áreas
ocupadas (NFPA) Sim Sim Sim
ODP Zero Zero Zero
GWP 14800 3220 1
Vida Útil na Atmosfera
(anos) 260 34,4 0,014 Toxicidade (LC50) >65% >80% >10% Produtos de decomposição HF e os gerados no incêndio HF e os gerados no incêndio HF e os gerados no incêndio Densidade máxima de enchimento (lbs/ft³) 54 72 90
A NFPA 2001 (2012) apresenta uma restrição no uso dos agentes limpos, conforme a norma os agentes limpos não devem ser utilizados em incêndios que envolvem os seguintes materiais:
a) Certos produtos químicos ou misturas de produtos químicos, tais como o nitrato de celulose e pólvora, que são capazes de rápida oxidação na ausência de ar;
b) Metais reativos, tais como lítio, sódio, potássio, magnésio, titânio, zircônio, urânio e plutônio;
c) Hidretos de metal;
d) Produtos químicos capazes de sofrer decomposição autotérmica, tais como certos peróxidos orgânicos e hidrazina.
2.3 Sistemas de Proteção Contra Incêndio
Os sistemas de proteção contra incêndio e pânico são classificados em duas categorias distintas:
- proteção passiva; - proteção ativa.
As edificações em geral, de acordo com as suas características construtivas, apresentam algumas medidas de proteção contra incêndio que não dependem de ação inicial para seu funcionamento, e que servem para proteger as pessoas em caso de incêndio. Essas características construtivas são consideradas mediadas passivas de proteção a incêndio e pânico.
A Secretaria Nacional da segurança pública, através do curso de segurança contra incêndio, conceitua proteção passiva como:
“Conjunto de medidas incorporado ao sistema construtivo do edifício, sendo funcional durante o uso normal da edificação que reage passivamente ao desenvolvimento do incêndio, não estabelecendo condições propícias ao seu crescimento e propagação. Garante a resistência ao fogo, facilita a fuga aos usuários, a aproximação e o ingresso no edifício para o desenvolvimento das ações de combate.” (BRASIL, 2014).
Assim, através deste conceito, são considerados exemplos de proteção passiva:
- Paredes resistentes ao fogo; - Compartimentação vertical;
- Compartimentação horizontal; - Saídas de emergência;
- Sinalização de segurança contra incêndio e pânico.
A Figura 10 ilustra uma forma de isolamento de risco por compartimentação horizontal obtido através de uma parede corta-fogo.
Figura 10 - Isolamento obtido por parede corta-fogo
Fonte: CBPM-SP/IT 02, (2011)
Proteção Ativa são medidas ou sistemas de proteção existentes em uma edificação que estão diretamente relacionadas à intervenção imediata destes sistemas em caso de um princípio de incêndio e, necessariamente, dependem de acionamento manual ou automático.
São exemplos de proteção ativa contra incêndio: - Sistemas de extintores de incêndio;
- Sistemas de hidrantes e Mangotinhos; - Sistema de chuveiros automáticos; - Sistemas fixos de gases.
2.3.1 Sistemas de Extintores de Incêndios
Extintores de incêndio são equipamentos de acionamento manual, portáteis ou sobre rodas, constituídos de recipientes e componentes, contendo um agente extintor específico, destinado a combater princípios de incêndio. (BRASIL, 2014).
Os extintores de incêndio portáteis representam os sistemas de proteção contra incêndio mais utilizado nas edificações. São classificados conforme normas técnicas, de acordo com o agente extintor que contém, sendo classificados como:
- Extintor de pó químico; - Extintor de água; - Extintor de CO2;
- Extintor de espuma mecânica.
A Figura 11 apresenta um extintor de incêndio portátil de pó químico do tipo ABC, um tipo de extintor mais utilizado atualmente.
Figura 11 - Extintor de incêndio portátil do tipo ABC
Fonte: Brasil, (2014)
A NBR 12693 (1993), fixa as condições exigíveis para projeto e instalação de sistemas de proteção por extintores portáteis e/ou sobre rodas, sendo aplicada a riscos isolados que necessitem de sistema de proteção por extintores portáteis e/ou sobre rodas, para a salvaguarda de pessoas e o patrimônio.
Segundo a NBR 12693 (1993), os extintores devem ser instalados de maneira que:
a) Não haja probabilidade de o fogo bloquear seu acesso; b) Estejam localizados em locais de fácil visualização;
c) Estejam protegidos contra intempéries e danos físicos em potencial; d) Não fiquem obstruídos;
f) Sua remoção não seja dificultada por suporte, base, abrigo, etc.; g) Não fiquem instalados em escadas;
h) Sua alça de transporte deve estar no máximo a 1,60m do piso;
i) O fundo deve estar no mínimo a 0,10m do piso, mesmo que apoiado em suporte.
A figura 12 apresenta os critérios a serem observados na instalação de um extintor portáteis de incêndio.
Figura 12 – Critério para instalação de extintores de incêndio portáteis
Fonte: Brasil, (2014)
Os extintores de incêndio possuem uma determinada capacidade extintora, que é a medida do poder de extinção de fogo de um extintor, obtida em ensaio prático normalizado.
O raio de ação do extintor ou a distância máxima a ser percorrer pelo operador até o extintor, é determinado conforme sua capacidade extintora, a classe de risco a ser protegida e a classe de fogo, parâmetros este apresentados pela NBR 12693.
2.3.2 Sistemas de Hidrantes e Mangotinhos
Os hidrantes são sistemas de proteção ativa, caracterizados por canalizações que conduzem água desde os reservatórios (elevados ou subterrâneos) até seus terminais, com determinada pressão e vazão, em uma edificação, assegurando seu funcionamento por determinado tempo. (BRASIL, 2014).
Sua finalidade é proporcionar aos ocupantes da edificação, um meio de combate aos princípios de incêndio nos quais os extintores portáteis se tornam insuficientes, até a chegada do corpo de bombeiros, auxiliando também os serviços destes no combate a incêndio, no recalque de água, em especial, em edificações altas.
A NBR 13714 (2000), fixa as condições mínimas exigíveis para dimensionamento, instalação, manutenção, aceitação e manuseio, bem como as características, dos componentes de sistemas de hidrantes e de mangotinhos para uso exclusivo de combate a incêndio. A norma divide os sistema hidráulicos de combate a incêndio sob comando, em sistemas de mangotinhos (Tipo 1) e sistema de hidrantes (Tipo 2 e 3).
A Tabela 5 apresenta os três tipos de sistema hidráulicos de combate a incêndio sob comando, com os principais requisitos especificados pela NBR 13714, (2000).
Tabela 5 - Tipos de sistemas de hidrantes e mangotinhos
Tipo Esguicho Mangueiras Saídas Vazão L/min Diâmetro mm Comprimento máximo m 1 Regulável 25 ou 32 30 1 80 ou 100 2 Jato compacto ∅16 mm ou regulável 40 30 2 300 3 Jato compacto ∅25 mm ou regulável 65 30 2 900 NOTAS
1 Os diâmetros dos esguichos e das mangueiras são nominais. 2 As vazões correspondem a cada saída.
