DCEENG - DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA - CAMPUS PANAMBI
SISTEMA DE COMBATE A INCÊNDIO PARA COMPLEXOS INDUSTRIAIS – CLASSIFICAÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE HIDRANTES
PABLO ROSA SCHENKEL
Panambi - RS, 2017
SISTEMA DE COMBATE A INCÊNDIO PARA COMPLEXOS INDUSTRIAIS – CLASSIFICAÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE HIDRANTES
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Mecânica apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Mecânico.
Orientador(a): Prof. Roger Schildt Hoffmann
Panambi - RS, 2017
A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o trabalho de conclusão de curso.
SISTEMA DE COMBATE A INCÊNDIO PARA COMPLEXOS INDUSTRIAIS – CLASSIFICAÇÃO E DIMENSIONAMENTO DE HIDRANTES
Elaborado por
PABLO ROSA SCHENKEL
Como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Mecânico.
Comissão Examinadora:
___________________________________________________________________ Orientador: Prof. Roger Schildt Hoffmann (UNIJUÍ-RS)
___________________________________________________________________ Prof. Herbert Tünnermann (UNIJUÍ-RS)
Dedico este trabalho aos meus pais Jorge e Vilma, aos meus irmãos Pâmela, Pedro e Patrick, a minha noiva Camila, е a todos os demais familiares que, com muito carinho е apoio, sempre estiveram ao meu lado, incentivando a cada momento de desanimo, não deixando eu desistir do meu sonho.
Agradeço a Deus, pois sem ele nada é possível, e a fé move montanhas, A minha noiva Camila, pela paciência nestes quase dez anos de muito empenho e estudos,
A empresa onde trabalho PCE Engenharia e Montagens Industriais LTDA, em especial aos diretores Paulo Netz, Carlos Borges, Everton Rorato e a Lúcia Trentini, que me apoiaram financeiramente para a conquista desse sonho.
Aos meus amigos e colegas de faculdade, que sempre estiveram presentes, auxiliando em trabalhos e no entendimento das matérias mais difíceis,
Agradeço aos meus professores pelos quais passei, os quais foram muitos prestativos e atenciosos na passagem dos seus conhecimentos.
SCHENKEL, Pablo R. Sistema de Combate a Incêndio para Complexos
Industriais – Classificação e Dimensionamento de Hidrantes. 2017. Trabalho de
Conclusão de Curso (Curso de Engenharia Mecânica) – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Panambi, 2017.
Atualmente instalação de sistemas de combate a incêndio vem sendo bastante exigida pelo corpo de bombeiros, em virtude do aumento de sinistros.
Em busca de aumentar a segurança, o corpo de bombeiros vem fazendo um trabalho rigoroso na aprovação de projetos e liberação de alvarás de licenças, de forma que toda e qualquer edificação possua seu sistema de combate a incêndio. Focando nesse quesito, o presente trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento de um sistema de combate a incêndio para uma indústria, levando em conta os métodos de classificação dos hidrantes ou mangotinhos.
SCHENKEL, Pablo R. System for Fire Fighting Industrial Complex - Classification
and Design of Hydrants. 2016. Course Completion Work (Engenharia Mecânica) –
Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Panambi, 2016.
Currently, installation of fire fighting systems has been quite as required by the fire department, due to the increase of claims.
In search of increased security, the fire department has been doing a thorough work in the approval of projects and release of licenses licenses, so that each and every building has its system of fire fighting. Focusing in this question, the present study has as main objective the development of a system to combat the fire to an industry, taking into account the methods of classification of hydrants or hose reels.
Figura 1 – População brasileira urbana e rural 1940-2000 ... 14
Figura 2 – Tetraedro do fogo ... 17
Figura 3 – Transferência de calor por condução ... 18
Figura 4 – Fluxo de calor por convecção em um prédio de apartamentos ... 18
Figura 5 – Transferência de calor por ondas de irradiação ... 19
Figura 7 – Curva de evolução de um incêndio celulósico ... 21
Figura 7 – Sistema tipo 1- Mangotinho com tomada de 40mm ... 28
Figura 8 – Sistema tipo 2 - Hidrante duplo de 40mm e mangotinho ... 29
Figura 9 – Reservatório para o sistema de hidrante ... 30
Figura 10 – Sistema de bombeamento ... 31
Figura 11 – Mangueira para hidrante ... 32
Figura 12 – Modelos de abrigos ... 32
Figura 13 – Mangotinho enrolado em suporte móvel, tipo carretel... 33
Figura 14 – Mangotinho enrolado em forma de oito ... 33
Figura 15 – Kit com esguichos, chave storz, adaptador storz. ... 34
Tabela 1 – Classificação das edificações quanto à sua ocupação ... 23
Tabela 2 – Classificação das edificações quanto à altura ... 29
Tabela 3 – Classificação das edificações e áreas de risco quanto à carga de incêndio ... 29
Tabela 4 – Tipos de Mangueiras de hidrantes segundo a NBR 11861/1998 ... 32
Tabela 5 – Tipos de sistemas de hidrantes e mangotinhos ... 33
Tabela 6 – Componentes para cada hidrante simples e mangotinho ... 34
Tabela 7 – Coeficiente “C” da fórmula de Hazen-Williams ... 39
Tabela 8 – Valores do fator de vazão K ... 40
Tabela 9 – Valores do coeficiente k* para diversos tipos de singularidades ... 42
Tabela 10 – Equivalência em metros de canalização reta das perdas de carga localizada em conexões e bocais ... 43
Tabela 11 – Perda de carga em mangueiras de hidrantes e mangotinhos com a fórmula de Hazen-Williams... 44
1. INTRODUÇÃO ... 12
1.1. OBJETIVO GERAL ... 12
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 12
1.3. JUSTIFICATIVA... 13
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 14
2.1. PREVENÇÃO E COMBATE A INCÊNDIO ... 14
2.1.1. Segurança Contra Incêndio no Brasil ... 14
2.2. CONCEITOS BÁSICOS ... 15
2.2.1. Conceito de fogo ... 15
2.2.2. Definição de Incêndio ... 15
2.2.3. Elementos Componentes do Fogo ... 16
2.2.4. Formas de Transmissão de Calor ... 17
2.2.5. Classes de Fogo/ Incêndio ... 19
2.2.6. Fases de Desenvolvimento do Fogo ... 20
2.3. SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO ... 21
2.3.1. Proteção Passiva ... 21
2.3.2. Proteção Ativa... 22
2.4. CLASSIFICAÇÃO DA CLASSE DE OCUPAÇÃO E CLASSE DE RISCO .... 22
2.5. COMPONENTES DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO POR HIDRANTES 30 2.5.1. RESERVATÓRIO ... 30
2.5.2. SISTEMA DE BOMBEAMENTO ... 31
2.5.3. MANGUEIRAS PARA HIDRANTE E MANGOTINHO ... 31
2.5.4. ACONDICIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS “ABRIGO” ... 32
2.5.5. TUBULAÇÕES HIDRÁULICAS PARA O SISTEMA DE HIDRANTE ... 34
3. METODOLOGIA... 36
3.1. CLASSIFICAÇÃO DA EDIFICAÇÃO ... 36
3.2. CÁLCULO DE PERDA DE CARGA ... 37
4. ESTUDO DE CASO ... 47
5. CONCLUSÃO... 52
ANEXO B – DETALHE DO HIDRANTE ESPECIFICO NO TRABALHO ... 55 ANEXO C – PLANTA BAIXA DO COMPLEXO INDUSTRIAL UTILIZADO NO TRABALHO 56
1. INTRODUÇÃO
Neste trabalho, irá explanar uma sequência lógica de escolha e dimensionamentos, para um projeto de um sistema de proteção contra incêndios em uma instalação industrial, onde foi tomado como base um projeto existente já instalado, o qual foi dimensionado com base na NBR 13.714:2000. Já o sistema a ser calculado neste trabalho, foi dimensionado com base na NBR 13.714:2011 e alguns dados da Lei Complementar n° 14.376, de 26 de dezembro de 2013, do Estado do Rio Grande do Sul.
As várias tragédias que ocorreram nas últimas décadas foram cruciais para rever-se os conceitos quanto a prevenção, proteção e combate a incêndios, o que gerou uma grande mobilização social para criação de leis mais rígidas e normas mais especificas. Uma das tragédias mais recentes que acompanhamos, foi a da Boate Kiss, que marcou a cidade de Santa Maria RS, assim como o estado e o Brasil.
Quando iniciaram-se as primeiras discussões e mobilizações por parte do poder público para a criação de uma lei mais rigorosa. Esse trabalho resultou na Lei Complementar (LC) 14.376-2013 publicada no Diário Oficial do Estado do Rio Grande do Sul em 27 de dezembro de 2013, tendo sido recentemente atualizada pela LC n° 14.690, de 16 de março de 2015.
1.1. OBJETIVO GERAL
O objetivo desse trabalho consiste no dimensionamento e classificação de um sistema de hidrantes para uma área industrial, tomando como base a documentação de prevenção de incêndios exigidos pela Legislação vigente no Estado do Rio Grande do Sul, bem como as instruções técnicas do Corpo de Bombeiros de São Paulo e normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Partindo do objetivo geral, pode-se citar objetivos específicos:
- Efetuar uma revisão bibliográfica os itens relacionados ao tema principal deste trabalho.
- Realização da classificação das edificações quanto a sua carga de incêndio, sendo através do tipo do material armazenado no local.
- Por fim, e mais importante, executar o desenvolvimento da classificação e dos cálculos de perda de carga da área a ser protegida, através dos dados levantados da edificação para definição da quantidade e tipo de hidrante, assim como a vazão para cada um.
1.3. JUSTIFICATIVA
Por estar enquadrado neste meio, tendo a necessidade da elaboração e aprovação dos projetos dos sistemas de combate a incêndio junto ao corpo de bombeiros, vejo que é suma importância ter um auxílio para esclarecer as dificuldades que surgem na elaboração do projeto, devido às mais variáveis causas.
É com intuito de expor as experiências já vividas, que venho por meio deste apresentar o trabalho aos colegas e demais pessoas interessadas neste assunto.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. PREVENÇÃO E COMBATE A INCÊNDIO
A existência humana pode ser contada entre o antes e o depois da descoberta e manipulação do fogo. Energia que o homem sempre procurou dominar, uma das forças mais destruidoras da natureza, uma energia vital para sua existência, mas que também pode ser mortal quando fora de controle. Segundo (SEITO, 2008), o estudo do fogo como ciência tem pouco mais de 20 anos e seu marco foi a criação da International Association for Fire Safety Science (IAFSS).
2.1.1. Segurança Contra Incêndio no Brasil
Conforme Carlo (2008), o Brasil passou de um país rural para uma sociedade urbana, industrial e de serviços em curto espaço de tempo, esse fator além de uma grande explosão populacional, em que em pouco mais de 60 anos a população quadriplicou, passando de 41.236.215 em 1940 para 169.610.693 habitantes em 2000, conforme apresentado no Figura 3.
Figura 1 – População brasileira urbana e rural 1940-2000
Fonte: IBGE.
Esse crescimento conduziu para o desenvolvimento industrial e urbano de forma desordenada e com muito pouco controle no processo de urbanização e de
segurança das edificações. O que impacta em um aumento dos riscos de incêndio e como não poderia ser diferente, percebe-se as fragilidades e deficiências em situações críticas. Como exemplo pode-se citar as tragédias dos edifícios Andraus 1972 e Joelma 1974 em São Paulo para que no Brasil surgisse uma preocupação mais efetiva na prevenção e no combate a incêndios. No Rio Grande do Sul, essa preocupação surgiu após o incêndio das Lojas Renner 1976 em Porto Alegre, e mais recentemente da Boate Kiss 2013 em Santa Maria, que trouxe novamente o clamor popular por uma legislação mais eficiente.
2.2. CONCEITOS BÁSICOS
2.2.1. Conceito 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 a 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) nº 13860/97 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), conceitua o fogo como sendo um processo de combustão caracterizado pela emissão de luz e calor.
2.2.2. 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 própria NBR 13860, tem-se que: “incêndio é o fogo fora de controle”. Pela Internacional ISO 8421-1, tem-se que: “incêndio é a combustão rápida disseminando-se de forma descontrolada no tempo e espaço”.
Como resultado da queima de combustíveis, o incêndio produz gases, chamas, calor e fumaça. Todas essas substancias são altamente prejudiciais e ameaçadoras
para a saúde humana, podendo provocar queimaduras, irritação nos olhos e lesões ao aparelho respiratório decorrente aos gases liberados (monóxidos de carbono, amoníaco, etc.).
As principais causas de incêndio podem ser classificadas em três grupos (FERIGOLO, 1977, p.20):
- Causas naturais: não dependem da vontade do homem. Ex.: raios, vulcões, terremotos, calor solar, combustão espontânea, etc.
- Causas acidentais: muito variáveis. Ex.: chamas expostas, eletricidade, balões, ratos, etc.
- Causas criminosas: fraudes para receber seguros, queima de arquivos, inveja, crimes passionais, piromania, etc.
2.2.3. 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.
- 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 uma transferência de calor de uma molécula do
entrar em combustão, assim sucessivamente, até que todo material esteja em combustão.
A combinação destes elementos forma o chamado tetraedro do fogo, conforme pode-se ver na Figura 2 a seguir.
Figura 2 – Tetraedro do fogo
Fonte:< http://pt.wikipedia.org/wiki/Rea%C3%A7%C3%A3o_em_cadeia>
2.2.4. Formas de Transmissão de Calor
Segundo Ferigolo (1977) é vital, tanto no estudo de prevenção quanto de extinção do fogo, conhecer como o calor pode ser transmitido. Essa transmissão de energia se processa através do ar atmosférico ou da própria estrutura do corpo combustível e dos líquidos e gases nas suas proximidades. O calor se propaga sempre dos pontos mais quentes para os mais frios de três maneiras diferentes e, muitas vezes, associadas:
- Condução: a transferência de calor se faz por contato direto entre um corpo
e outro, de molécula em molécula, ou através de um meio intermediário, sólido, liquido ou gasoso que seja condutor de calor. Não há transferência de calor por condução através de vácuo e os sólidos são melhores condutores que os gases.
A Figura 3 ilustra a forma de propagação do fogo em um ambiente pelo processo de transferência de calor por condução.
Figura 3 – Transferência de calor por condução
Fonte: Brasil, (2014)
- 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. Essa 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).
O fluxo de calor por convecção no interior de um ambiente pode ser observado na Figura 4.
Figura 4 – Fluxo de calor por convecção em um prédio de apartamentos
Segundo 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.
- Irradiação: a transferência de calor se faz por meio de ondas caloríficas que
se deslocam através do espaço vazio. Exemplo desse processo é o calor irradiado do sol para a superfície do Planeta.
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: CTISM (Colégio Técnico Industrial de Santa Maria)
2.2.5. Classes de Fogo/ Incêndio
Para Brentano (2011), os fogos são classificados de acordo com o material combustível, e podem ser descritos em seis classes diferentes, que são: A, B, C, D, K e I.
Essa classificação foi elaborada pela NFPA – Associação Nacional de Proteção a Incêndios/EUA, e adotada pelas seguintes instituições: IFSTA – Associação Internacional para o Treinamento de Bombeiros/EUA: ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas e Corpos de Bombeiros/BR.
- Classe “A”: o fogo em combustíveis sólidos como, por exemplo, madeiras,
papel, tecido, borracha, etc. Esses materiais queimam em superfície e em profundidade e, em razão do seu volume, deixam resíduos após a combustão como
cinzas e brasas. O melhor método de extinção é o resfriamento, principalmente pela ação da água, que é o mais efetivo agente extintor, e por abafamento, como ação secundária.
- Classe “B”: o fogo em líquidos e gases inflamáveis ou combustíveis sólidos,
como por exemplo, gasolina, óleo, querosene, gás liquefeito de petróleo (GLP), etc. É caracterizado por não deixar resíduos e queimar apenas na superfície exposta. O melhor método de extinção é por abafamento, pela quebra de reação química em cadeia, sendo que o melhor agente extintor para esse caso é a espuma mecânica, podendo utilizar também, pó químico seco e gases.
- Classe “C”: fogo em materiais e equipamentos energizados, como, por
exemplo, motores, transformadores, geradores, painéis elétricos, etc. Para a extinção de incêndios desta classe devem-se usar agentes limpos e o dióxido de carbono(CO2) os melhores agentes para esta classe de incêndio.
- Classe “D”: fogo em metais combustíveis, como, por exemplo, magnésio,
selênio, antimônio, lítio, potássio, alumínio fragmentado, zinco, titânio, sódio e zircônio e etc. É caracterizado pela queima em altas temperaturas e por reagir com agentes extintores comuns, principalmente se contem água. Para a extinção deste tipo de incêndio, exige-se técnica, equipamentos e agentes extintores de pó químico seco especial.
- Classe “K”: fogo envolvendo óleo vegetal e gordura animal, tanto no estado
sólido ou liquido, tendo como exemplo de ambientes as cozinhas comerciais ou industriais. Essa classe é ainda pouco conhecida no Brasil, sendo que para a extinção deste tipo de incêndio, exigem-se agentes extintores que proporcionem uma ótima cobertura em forma de lençol de abafamento.
- Classe “I”: fogo envolvendo materiais radioativo e químico em grandes
proporções, sendo necessários equipamentos e equipes altamente treinadas.
2.2.6. Fases de Desenvolvimento do Fogo
Conforme Brentano (2010), o comportamento do fogo em uma 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. Esses fatores influenciam significativamente na forma de evolução do fogo, cujo início,
desenvolvimento e propagação, apresentam velocidades e intensidade características.
Para Seito et al., (2008) a fase de aquecimento, pode ser dividida em duas etapas, a fase crescente e a fase desenvolvida constituído o gráfico temperatura x tempo em quatro estágios distintos. A Figura 9 apresenta a curva de evolução do fogo em um incêndio celulósico de uma edificação, onde estão apresadas as quatro fases definidas por Seito et al. (2008).
Figura 6 – Curva de evolução de um incêndio celulósico
Fonte: Seito et al. (2008, p.44)
2.3. SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO
Segundo Brentano (2011), os principais objetivos do Projeto de Prevenção e combate a Incêndio devem ser a proteção da vida humana, a proteção do patrimônio e, por último, a continuidade do processo produtivo.
Ainda segundo Brentano (2011), as medidas de proteção da edificação ao fogo podem ser classificadas em passivas e ativas.
2.3.1. Proteção Passiva
As medidas de proteção passiva são aquelas tomadas durante a fase de elaboração de projeto arquitetônico e de seus complementares, com o objetivo de evitar ao máximo a ocorrência de um foco de fogo, e caso aconteça, reduzir as
condições propícias para o seu crescimento e alastramento para o resto da edificação e para as edificações vizinhas. Podem-se citar como exemplos:
Afastamento entre edificações;
Segurança estrutural das edificações;
Compartimentações horizontais e verticais;
Controle da fumaça de incêndio;
Controle dos materiais de revestimento e acabamento;
Controle das possíveis fontes de incêndio;
Saídas de emergência;
Sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA);
Brigada de incêndio;
Acesso das viaturas do corpo de bombeiros junto à edificação.
2.3.2. Proteção Ativa
As medidas de proteções ativas também podem ser chamadas de medidas de combate, são aquelas tomadas quando o fogo já está ocorrendo. São sistemas que devem ser acionados e operados, de forma manual ou automática, para combater o foco de fogo, com objetivo de extingui-lo ou, em último caso, mantê-lo sob controle até sua auto-extinção, e também auxiliar na saída dos ocupantes da edificação com segurança e rapidez. Podem-se citar como exemplos:
Sistema de detecção e alarme de incêndio - NBR-17240;
Sistema de sinalização de emergência – NBR-10898;
Sistema de iluminação de emergência– NBR-10898;
Sistema de extintores de incêndio –NBR - 12693;
Sistema de hidrantes ou mangotinhos –NBR 13714;
Sistema de chuveiros automáticos (“sprinklers”) - NBR- 10897;
Sistema de gases limpos ou CO² - NBR- 12232.
2.4. CLASSIFICAÇÃO DA CLASSE DE OCUPAÇÃO E CLASSE DE RISCO
Para a classificação de qualquer edificação, primeiramente devem ser consideradas as atividades que estarão sendo realizadas naquele espaço, bem como
o tipo de material da estrutura, o material de acabamento da obra e o material a ser alocado nesta área ou conforme definição de projeto.
Segundo Brentano (2011), para se determinar as medidas de proteção necessárias para uma edificação, ela deve ser classificada segunda sua:
- Ocupação; - Altura; - Área;
- Carga de incêndio.
Esta classificação é importante, porque a partir dela serão definidas as condições construtivas de prevenção à eclosão de foco de fogo na edificação e os equipamentos necessários para o combate efetivo caso ele ocorra.
Com a Lei Complementar n° 14.376, de 26 de dezembro de 2013, estabelece normas sobre Segurança, Prevenção e Proteção contra Incêndios e áreas de risco de incêndio no Estado do Rio Grande do Sul. Utiliza-se o termo “atualizada”, pois a mesma sofreu algumas alterações pela Lei Complementar n° 14.690, de 16 de março de 2015.
Além da lei supracitada acima, para a classificação da classe de ocupação pode-se levar em conta a NBR 13.714:2011, a qual classifica as edificações a partir da sua ocupação, o tipo do sistema a ser utilizado, bem como a sua divisão e a finalidade a que se destina.
Para o melhor esclarecimento, segue abaixo tabela 1:
Tabela 1 – Classificação das edificações quanto à sua ocupação
Grupo Ocupação/Uso Divisão Descrição Exemplos
A Residencial A-1 Habitação unifamiliar
Casas térreas ou assobradadas (isoladas e não
isoladas) e condomínios horizontais
A-2 Habitação multifamiliar Edifícios de apartamento em geral
A-3 Habitação coletiva
Pensionatos, internatos, alojamentos, mosteiros, conventos, residências geriátricas. Capacidade máxima de 16 leitos B Serviço de
Hospedagem B-1 Hotel e assemelhado
Hotéis, motéis, pensões, hospedarias, pousadas, albergues, casas de cômodos,
divisão A-3 com mais de 16 leitos
B-2 Hotel residencial
Hotéis e assemelhados com cozinha própria nos apartamentos (incluem-se
apart-hotéis, flats, hotéis residenciais)
C Comercial C-1 Comércio com baixa carga de incêndio artigos hospitalares e outros Artigos de metal, louças,
C-2 Comércio com média e alta carga de incêndio
Edifícios de lojas de departamentos, magazines,
armarinhos, galerias comerciais, supermercados em
geral, mercados e outros C-3 Shopping centers Centro de compras em geral (shopping centers)
D Serviço profissional
D-1
Local para prestação de
serviço profissional ou condução de negócios
Escritórios administrativos ou técnicos, instituições financeiras (que não estejam incluídas em D-2), repartições públicas, cabeleireiros, centros
profissionais e assemelhados D-2 Agência bancária Agências bancárias e
assemelhados D-3 Serviço de reparação (exceto os classificados em G-4) Lavanderias, assistência técnica, reparação e manutenção de aparelhos eletrodomésticos, chaveiros,
pintura de letreiros e outros
D-4 Laboratório
Laboratórios de análises clínicas sem internação, laboratórios químicos, fotográficos e assemelhados D-5 Teleatendimento em geral “Call-center”; televendas e
assemelhados E Educacional e
cultura física E-1 Escola em geral
Escolas de primeiro, segundo e terceiro graus, cursos supletivos e pré-universitário e
assemelhados E-2 Escola especial
Escolas de artes e artesanato, de línguas, de cultura geral, de
cultura estrangeira, escolas religiosas e assemelhados
E-3 Espaço para cultura física
Locais de ensino e/ou práticas de artes marciais, natação,
ginástica (artística, dança, musculação e outros) esportes
coletivos (tênis, futebol e outros
que não estejam incluídos em F-3), sauna, casas de fisioterapia e assemelhados.
Sem arquibancadas. E-4 Centro de treinamento profissional Escolas profissionais em geral
E-5 Pré-escola Creches, escolas maternais, jardins de infância E-6
Escola para portadores de deficiências
Escolas para excepcionais, deficientes visuais e auditivos e
assemelhados F
Local de Reunião de
Público
F-1 Local onde há objeto de valor inestimável
Museus, centro de documentos históricos, galerias de arte, bibliotecas e assemelhados
F-2 Local religioso e velório
Igrejas, capelas, sinagogas, mesquitas, templos, cemitérios,
crematórios, necrotérios, salas de
funerais e assemelhados
F-3 Centro esportivo e de exibição
Arenas em geral, estádios, ginásios, piscinas, rodeios, autódromos, sambódromos,
pista de patinação e assemelhados. Todos com
arquibancadas
F-4 Estação e terminal de passageiro
Estações rodoferroviárias e marítimas, portos, metrô, aeroportos, heliponto, estações
de transbordo em geral e assemelhados
F-5 Arte cênica e auditório
Teatros em geral, cinemas, óperas, auditórios de estúdios de rádio e televisão, auditórios
em geral e assemelhados
F-6
Clube social e diversão Casas noturnas
(Redação dada pela Lei Complementar n.º
14.555/14)
Boates, casas de shows, casas noturnas, clubes em geral, salões de baile, restaurantes
dançantes, clubes sociais, bingo, bilhares, tiro ao alvo,
boliche e assemelhados Boates, casas de show, casas
noturnas e salões de bailes, restaurantes dançantes (Redação dada pela Lei
Complementar n.º 14.555/14)
F-7 Construção provisória e evento temporário
Eventos temporários, circos e assemelhados F-8 Local para refeição
Restaurantes, lanchonetes, bares, cafés, refeitórios, cantinas e assemelhados F-9 Recreação pública Jardim zoológico, parques recreativos e assemelhados F-10
Exposição de objetos ou animais Salões e salas para exposição de objetos ou animais. Edificações permanentes F-11
Edificações de Caráter Regional (Incluído pela Lei Complementar n.º
Centros de Tradições Gaúchas – CTG’s (Incluído
14.555/14) pela Lei Complementar n.º 14.555/14)
F-12
Clubes sociais, comunitários e de diversão
(Incluído pela Lei Complementar n.º
14.555/14)
Salões Paroquiais, Salões Com unitários, Clubes de
Sócios, Clubes para Festas de Caráter Familiar, Bilhares, Tiro
ao Alvo, Boliche, Sedes de Entidades de Classe. (Incluído pela Lei
Complementar n.º 14.555/14) G Serviço automotivo e assemelhados G-1
Garagem sem acesso de público e
sem abastecimento Garagens automáticas, garagens com manobristas
G-2
Garagem com acesso de público e sem abastecimento
Garagens coletivas sem automação, em geral, sem abastecimento (exceto veículos
de carga e coletivos)
G-3
Local dotado de abastecimento de combustível
Postos de abastecimento e serviço, garagens (exceto veículos de carga e coletivos)
G-4 Serviço de conservação,
manutenção e reparos
Oficinas de conserto de veículos, borracharia (sem recauchutagem). Oficinas e garagens de veículos de carga e coletivos, máquinas agrícolas e rodoviárias, retificadoras de
motores
G-5 Hangares Abrigos para aeronaves com
ou sem abastecimento G-6 Marinas e garagens náuticas Garagem de barcos e
assemelhados H Serviço de saúde e institucional H-1 Hospital veterinário e assemelhados Hospitais, clínicas e consultórios veterinários e assemelhados (inclui-se alojamento com ou sem
adestramento)
H-2
Local onde pessoas requerem cuidados
especiais por limitações físicas ou mentais
Asilos, orfanatos, abrigos geriátricos, hospitais psiquiátricos, reformatórios, tratamento de dependentes de
drogas, álcool. E assemelhados. Todos sem celas
H-3 Hospital e assemelhado
Hospitais, casa de saúde, prontossocorros, clínicas com
internação, ambulatórios e postos de
atendimento de urgência, postos de saúde e puericultura
e assemelhados com internação
H-4
Edificações das forças armadas e de segurança
pública
Quartéis, delegacias e assemelhados
H-5 Local onde a liberdade das pessoas sofre restrições
Hospitais psiquiátricos, manicômios, reformatórios,
prisões em geral (casa de detenção, penitenciárias, presídios) e instituições assemelhadas. Todos com
celas
H-6 Clínica e consultório médico e odontológico
Clínicas médicas, consultórios em geral, unidades de hemodiálise, ambulatórios e
assemelhados. Todos sem internação
I Indústria I-1
Locais onde as atividades exercidas e os materiais utilizados apresentam baixo
potencial de incêndio. Locais onde a
carga de incêndio não chega a 300MJ/m2
Atividades que utilizam pequenas quantidades de materiais combustíveis. Aço,
aparelhos de rádio e som, armas, artigos de metal, gesso,
esculturas de pedra, ferramentas, jóias, relógios,
sabão, serralheria, suco de frutas, louças, máquinas
I-2
Locais onde as atividades exercidas e os materiais utilizados apresentam médio
potencial de incêndio. Locais com carga de incêndio entre
300 a 1.200MJ/m2
Artigos de vidro, automóveis, bebidas destiladas, instrumentos musicais, móveis,
alimentos, marcenarias, fábricas de caixas
I-3
Locais onde há alto risco de incêndio. Locais com carga de incêndio superior a 1.200 MJ/m²
Atividades industriais que envolvam inflamáveis, materiais oxidantes, ceras,
espuma sintética, grã os, tintas, borracha, processamento de lixo
J Depósito J-1 Depósitos de material incombustível
Edificações sem processo industrial que armazenam
tijolos, pedras, areias, cimentos, metais e outros materiais incombustíveis.
Todos sem embalagem J-2 Todo tipo de Depósito Depósitos com carga de
incêndio até 300MJ/m2
J-3 Todo tipo de Depósito
Depósitos com carga de incêndio entre 300 a
1.200 MJ/m 2
J-4 Todo tipo de Depósito
Depósitos onde a carga de incêndio ultrapassa a
1.200MJ/m²
L Explosivo L-1 Comércio Comércio em geral de fogos de artifício e assemelhados L-2 Indústria Indústria de material explosivo
L-3 Depósito Depósito de material explosivo M Especial M-1 Túnel Túnel rodoferroviário e marítimo, destinados a transporte de passageiros ou cargas diversas M-2 Líquido ou gás inflamáveis ou combustíveis Edificação destinada a produção, manipulação, armazenamento e distribuição de líquidos ou gases inflamáveis ou combustíveis
M-3 Central de comunicação e energia
Central telefônica, centros de comunicação, centrais de transmissão ou de distribuição
de
energia e assemelhados M-4 Propriedade em transformação Locais em construção ou demolição e assemelhados
M-5 Silos Armazéns de grãos e
assemelhados
M-6 Terra selvagem
Floresta, reserva ecológica, parque florestal e
assemelhados M-7 Pátio de contêineres
Área aberta destinada a armazenamento de
contêineres Fonte: Lei 14.376/2013, anexo A, Tabela 1, p. 21-24
Com a nova Lei estadual 14.376/13, classifica-se as áreas conforme altura, área total construída, ocupação e uso, capacidade de lotação e carga de incêndio. Em cima destas definições poderá ser aplicado o melhor hidrante para cada área, conforme Figuras 7 e 8, mostrando os sistemas do tipo 1 e 2.
Figura 7 – Sistema tipo 1- Mangotinho com tomada de 40mm
Figura 8 – Sistema tipo 2 - Hidrante duplo de 40mm e mangotinho
Fonte: NBR 13714/2000, Figura D.2, p.25.
Prosseguindo com a classificação, segue abaixo (Tabela 2) quanto à altura da edificação.
Tabela 2 – Classificação das edificações quanto à altura
Tipo Altura I Térrea II H ≤ 6,00 m III 6,00 m < H ≤ 12,00 m IV 12,00 m < H ≤ 23,00 m V 23,00 m < H ≤ 30,00 m VI Acima de 30,00 m
Fonte: Lei 14.376/2013, anexo A, Tabela 2, p. 25
Um dos pontos críticos para a aprovação das Leis Complementares é a “Classe de Risco” da edificação, conforme apresentado na (Tabela 3), em função também da carga de incêndio. Essa carga de incêndio pode ser definida levando em conta o tipo de ocupação (Tabela 1), ou pela altura de armazenamento no caso de depósitos (Tabela 2), ou mesmo calculada.
Tabela 3 – Classificação das edificações e áreas de risco quanto à carga de incêndio
Risco Carga de Incêndio MJ/m²
Baixo até 300MJ/m²
Médio Entre 300 e 1.200MJ/m² Alto Acima de 1.200MJ/m² Fonte: Lei 14.376/2013, anexo A, Tabela 3, p.25
2.5. COMPONENTES DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO POR HIDRANTES
Nesta fase, tem por objetivo listar os principais componentes que formam o sistema de proteção contra incêndio por hidrantes, os quais seguem abaixo:
Reservatório.
As bombas principais elétrica ou a combustão e a bomba jockey para manter o sistema pressurizado;
As tubulações;
Os hidrantes e mangotinhos e suas partes constituintes (Comprimento das mangueiras, diâmetro das mangueiras, tipo e diâmetro dos esguichos e diâmetro da rede de tubulação).
2.5.1. RESERVATÓRIO
Os reservatórios podem ser classificados como superior ou inferior e o volume é definido pela vazão do tipo de hidrante indicado pela norma 13714/2011 e o tempo de funcionamento que é de uma hora para os tipos 1 e 2 e meia hora para o tipo 3. Para hidrantes do tipo 2 com vazão de 300l/min a reserva técnica de incêndio (RTI) mínima deverá ter 36000l. É importante ressaltar que a norma determina o uso simultâneo de no mínimo dois hidrantes e que a vazão mínima deve atender os hidrantes ou mangotinhos menos favoráveis, aqueles que dispõem de menor pressão.
Figura 9 – Reservatório para o sistema de hidrante
2.5.2. SISTEMA DE BOMBEAMENTO
Bombas são máquinas operatrizes hidráulicas que fornecem energia ao fluido com a finalidade de transportá-lo de um ponto a outro. Normalmente recebem energia mecânica e a transformam em energia de pressão e cinética ou em ambas (AZEVEDO NETTO et al. 1998).
Segundo Brentano (2011), consideram-se mais indicadas para combate a incêndio, as bombas centrífugas puras ou de escoamento radial, pois são compactas, confiáveis, seguras, de fácil manutenção e podem ser acionadas tanto por motores elétricos como por motores de combustão interna.
Figura 10 – Sistema de bombeamento
Fonte: Autor.
2.5.3. MANGUEIRAS PARA HIDRANTE E MANGOTINHO
Segundo Brentano (2004, p.81), as mangueiras são,
Condutos flexíveis utilizados para conduzir água, constituídos internamente por um tubo flexível, fabricado com borracha vulcanizada, de plástico ou composto de borracha/ plástico flexível, de superfície interna lisa, isenta de ondulações e corrugações, revestido externamente com tecido de fibra vegetal natural (algodão, rami, etc.) ou sintética (“nylon”), esse mais resistente à umidade, que constitui o reforço têxtil.
O comprimento máximo das mangueiras é de 30 metros para hidrantes no interior da edificação e de 60 metros quando usada externamente, e são encontradas nas medidas de 15, 20 e 30m de comprimento. Geralmente são usadas mangueiras de 15m nas caixas de incêndio e quando necessários mantém-se duas mangueiras com seus respectivos encaixe de modo a alcançar todos os pontos da edificação.
Tabela 4 – Tipos de Mangueiras de hidrantes segundo a NBR 11861/1998
Tipo Pressão máxima Característica Utilização
Kpa mca
1 980 100 - Edifícios Residenciais
2 1370 140 - Edifícios comerciais e industriais 3 1470 150 Boa resistência à abrasão Instalações industriais 4 1370 140 Boa resistência à abrasão Instalações industriais 5 1370 140 Boa resistência à abrasão e a
superfícies quentes Instalações industriais Fonte: (BRENTANO, 2004, p.82).
Figura 11 – Mangueira para hidrante
Fonte: http://www.kidde.com.br/Documents/mangueirasintexn.pdf
2.5.4. ACONDICIONAMENTO DOS EQUIPAMENTOS “ABRIGO”
As mangueiras de incêndio devem ser acondicionadas dentro dos abrigos conforme Figura 12, em ziguezague ou aduchadas conforme especificado na NBR 12779, sendo que as mangueiras semi-rígidas podem ser acondicionadas enroladas, com ou sem uso de carretéis axiais ou em forma de oito conforme Figura 13 e Figura 14, permitindo sua utilização com facilidade e rapidez.
Figura 12 – Modelos de abrigos
Figura 13 – Mangotinho enrolado em suporte móvel, tipo carretel
Fonte: (BRENTANO, 2004, p.85).
Figura 14 – Mangotinho enrolado em forma de oito
Fonte: (BRENTANO, 2004, p.86).
A tabela 5 abaixo apresenta a classificação dos tipos de sistemas de hidrantes e mangotinhos.
Tabela 5 – Tipos de sistemas de hidrantes e mangotinhos
Sistema Tipo Mangotinho/ Mangueiras de hidrante Esguicho regulável Carga de incêndio (CI) N° de saídas Vazão mínima válvula Pressão mínima no esguicho Diâmetro Compr. Diâmetro
MJ/m² l/min mca
mm m mm
Mangotinhos 1 25 30 25 < 300 1 100 45 a 80 Hidrantes 2 40 2 x 15 40 300<CI≤800 1 300 >45 Hidrantes 3 65 (ou 40) 2 x 15 65 (ou 40) 800<CI≤1200 1 600 >45 Hidrantes 4 65 e 40 30 65 ou 40 > 1200 2 900 >45
Tabela 6 – Componentes para cada hidrante simples e mangotinho Materiais Tipos de sistemas
1 2 3
Abrigo(s) Sim Sim Sim
Mangueira(s) de incêndio Não Sim Sim Chaves para hidrantes, engate
rápido Não Sim Sim
Esguicho(s) Sim Sim Sim
Mangueira semi-rígida Sim Sim Não Fonte: NBR 13714/2000, Tabela 2, p.6.
Abaixo na Figura 15 pode-se ver mais alguns equipamentos que fazem dos hidrantes.
Figura 15 – Kit com esguichos, chave storz, adaptador storz.
Fonte: http://www.projetextintores.com.br/produtos/mangueiras-e-hidrantes/
2.5.5. TUBULAÇÕES HIDRÁULICAS PARA O SISTEMA DE HIDRANTE
A rede de tubulação de incêndio deve ter diâmetro mínimo de 65mm, embora a norma NBR 13714/2011 permita o diâmetro de 50mm para sistema de mangotinhos desde que comprovada a eficiência do sistema. Para isso será necessário realizar os cálculos de pressão e vazão cuidando para não ultrapassar a velocidade máxima de escoamento na tubulação que segundo a NBR 13714/2011 não deve ser superior a 5m/s.
As tubulações de incêndio em geral são de cobre, ferro fundido ou aço galvanizado e pintadas de vermelho, sempre que aparentes, conforme Figura 16 a seguir:
Figura 16 – Tubulação de Incêndio
Fonte: Autor.
Junto a tubulação pode-se citar alguns componentes que também fazem parte do sistema, como válvulas de bloqueio e retenção, bombas elétricas, a combustão e jockey (para fazer a pressurização da rede), cavalete de testes com manômetros e pressostatos, registros e válvula de alivio.
3. METODOLOGIA
O presente capítulo tem por objetivo apresentar uma metodologia para a elaboração do memorial de cálculo, para o dimensionamento do sistema hidrantes de um prédio industrial.
3.1. CLASSIFICAÇÃO DA EDIFICAÇÃO
Para a elaboração desta primeira etapa, deverá ser definido qual orientação quanto a norma a ser utilizada, ou seja, poderá ser a NBR 13.714:2011, que é a norma principal no Brasil, que rege as demais normas estaduais. Como o dimensionamento do sistema será para o Rio Grande do Sul, toma-se como base na Lei Complementar n° 14.376, de 26 de dezembro de 2013, já mencionada e detalhada no item 2.4 deste trabalho.
Com a definição acima estando concluída, deverá ser levantada as seguintes informações:
Divisão/ Ocupação ou Uso Predominante (informação a ser retirada da tabela 1);
Grupo (informação a ser retirada da tabela 1);
Descrição (informação a ser retirada da tabela 1);
Carga de incêndio conforme Grupo/Divisão/Ocupação;
Carga de incêndio considerada;
Isolamento de risco, caso possua;
Área total construída;
Área a ser protegida;
Características construtivas da edificação;
Área do maior pavimento;
Altura (informação a ser retirada da tabela 2);
Número de pavimentos;
Tem mezanino;
Capacidade instalada de GLP, caso possua;
Depósito de GLP, caso possua;
Existem instalação de GN (gás natural);
Existem caldeiras, vasos de pressão e/ou congêneres;
A edificação possui ventilação natural;
Possui subsolos;
Depósitos de outros gases ou produtos perigosos;
Gerador de energia.
Com o levantamento das características da edificação, será possível fazer a classificação do tipo dos hidrantes ou mangotinhos, sendo:
Sistemas adotados de hidrantes ou mangotinhos;
Tipos de hidrantes ou mangotinhos (informação a ser retirada da tabela 5);
Vazão mínima (l/min) dos hidrantes ou mangotinhos (informação a ser retirada da tabela 5);
Tempo mínimo de funcionamento para qualquer sistema é de 60 minutos.
3.2. CÁLCULO DE PERDA DE CARGA
A perda de carga (energia) por atrito ao longo de uma tubulação é a energia dissipada que se transforma em calor devido ao efeito da viscosidade do fluido (atrito interno), juntamente com os choques entre as partículas do fluido e as paredes do tubo (turbulência). Essa perda depende das características físicas do fluido (viscosidade e massa específica) e das características geométricas da tubulação (diâmetro interno, rugosidade das paredes internas do tubo e das mudanças de direção e diâmetro).
A perda de carga divide-se em perda de carga normais, lineares ou distribuídas (são causadas pelo atrito da água em movimento com as paredes ao longo dos trechos retos de canalização devido a sua rugosidade) e localizadas (são causadas pelos choques das partículas de água entre si e contra as paredes, produzidos pela turbulência originada pelas mudanças de direção do seu escoamento). Esta divisão ocorre em função das diferenças que levam à perda de carga. Assim, em uma instalação hidráulica predial ou industrial, as perdas de carga localizadas são tão importantes quanto às perdas de carga distribuídas, sendo que isso não ocorre em
instalações como linhas de adutoras, pois as perdas de carga localizadas são praticamente desprezíveis quando comparadas às perdas distribuídas.
Todo sistema possui trechos retilíneos em que algumas propriedades como a rugosidade da parede das tubulações, do fluido, da massa específica, da viscosidade, da velocidade e do escoamento provocam uma perda de energia distribuída ao longo de seu comprimento. A rugosidade depende muito do material em questão, pois existe também uma variação de acordo com o estado da tubulação, ou seja, se a tubulação tiver um tempo de utilização (tubulação velha), a perda de carga será maior. Dentre as propriedades do fluido, a viscosidade é a mais importante na dissipação de energia, já que, além de ser proporcional à perda de carga, sua relação com as forças de inércia do escoamento fornece um número adimensional “o número de Reynolds” que é o parâmetro que indica o regime de escoamento.
Há tempos, pesquisadores procuraram estabelecer leis e equações que possam ajudar na determinação dessas perdas de carga. Alguns destes conseguiram bons resultados na aplicação de suas equações.
Para Brentano (2011), determinar perda de carga distribuída em uma canalização a fórmula exponencial mais utilizada, com simplicidade de uso e de bons resultados é a de Hazen-Williams (fórmula 1), a mesma também é recomendada pelas Normas Brasileiras (NBR) 10.897: 2007 e 13.714:2010 e pela norma americana, Associação nacional de proteção contra incêndio (NFPA) 13:2007.
Segundo Hazen-Williams apud Brentano, 2011:
𝐽 =10,65. 𝑄
1,85
𝐶1,85. 𝑑4,87
(1)
Onde:
𝐽= Perda de carga unitária, em “mca/m” (metros de coluna de água/ metros); 𝑄= Vazão, em “m³/s”;
𝐶= Coeficiente de rugosidade, adimensional; 𝑑= Diâmetro interno da canalização, em “mca/m”;
Conforme Brentano (2011), a fórmula é usada para calcular perda de carga apenas em tubulações com diâmetro superior a 50 mm, o “C” é o coeficiente de rugosidade, o mesmo é constante para determinado tipo de rugosidade das paredes das tubulações e não depende da velocidade de escoamento da água. Quanto mais lisa as paredes internas da tubulação, maior será o coeficiente “C”, menor será a perda
de carga. Na Tabela (7), encontram-se os dados do coeficiente “C” para água potável em canalizações novas e usadas de diversos tipos de materiais.
Tabela 7 – Coeficiente “C” da fórmula de Hazen-Williams
Coeficiente "C" da fórmula de Hazen-Williams
Material da canalização
Coeficiente de atrito "C" Canalizações
Novas* ± 10 anos** ± 20 anos**
Ferro fundido ou dúctil, sem revestimento interno 100 - - Ferro fundido ou dúctil, com revestimento de cimento 140 120 105 Ferro fundido ou dúctil, com revestimento de asfalto 140 - - Ferro fundido, com revestimento de epoxi 140 130 120 Aço preto (para sistemas de canalização seca) 100 - - Aço preto (para sistemas de canalização molhada) 120 100 -
Aço galvanizado 120 100 90
Cobre ou aço inox 150 135 130
CPVC, polietileno, fibra de vidro com epóxi 150 135 130 Mangueira de incêndio (Hidrantes ou mangotinhos) 140 - - (*) Segundo a NBR 10.897:2007
(**) Segundo Azevedo Netto, 2000
Fonte: Brentano,2011.
Para auxiliar o dimensionamento do projeto, deve-se levar em conta as fórmulas “equações” simplificadas de Hazen-Williams, onde são para perdas de cargas lineares, ou seja, trechos retos:
𝐶 = 100: 𝐽 = 0,0021. 𝑄1,85/𝑑4,87 (2) 𝐶 = 110: 𝐽 = 0,0018. 𝑄1,85/𝑑4,87 (3) 𝐶 = 120: 𝐽 = 0,0015. 𝑄1,85/𝑑4,87 (4) 𝐶 = 130: 𝐽 = 0,0013. 𝑄1,85/𝑑4,87 (5) 𝐶 = 140: 𝐽 = 0,0011. 𝑄1,85/𝑑4,87 (6) 𝐶 = 150: 𝐽 = 0,0010. 𝑄1,85/𝑑4,87 (7)
Em andamento no cálculo de perda de carga, com as mesmas unidades acima, pode-se calcular a vazão e a velocidade de escoamento da água numa canalização com a fórmula de Hazen-Williams, conforme equações (8) e (9);
𝑄 = 0,278 . 𝑑2,63. 𝐶 . 𝐽0,54 (8)
𝑉 = 0,355 . 𝑑0,63. 𝐶 . 𝐽0,54 (9)
Onde:
𝑄= Vazão, em “m³/s”;
𝐶= Coeficiente de rugosidade, adimensional; 𝑑= Diâmetro interno da canalização, em “m”; 𝑉= Velocidade de escoamento, em “m/s”;
Para o escoamento da água em orifícios de chuveiros automáticos e esguichos de hidrantes ou mangotinhos, utiliza-se os valores do fator K, com os quais se podem calcular facilmente a vazão e a pressão para os diâmetros usuais, conforme Tabela-8.
Tabela 8 – Valores do fator de vazão K
Valores do fator de vazão K
Tipo de orifício Diâmetro nominal Fator K
mm in. l/min / mca¹/² l/min / kPa¹/² l/min / bar¹/² gpm / psi¹/²
Chuveiros automáticos 9,5 3/8" 11,6 3,7 40 2,8 11,0 7/16" 18,3 5,8 60 4,2 12,7 1/2" 25,3 8,0 80 5,6 13,5 17/32" 36,3 11,2 115 8,0 15,9 5/8" 48,9 16,2 160 11,2 19 3/4" 61,5 19,8 200 14,0 20,6 13/16" 72,1 24,3 240 16,8 22,2 7/8" 84,3 28,7 280 19,6 23,8 15/16" 96,2 32,7 320 22,4 24,6 31/32" 105,5 36,8 360 25,2 25,4 1" 120,4 41,0 400 28,0 Esguichos de hidrantes 10,0 3/8" 18,3 5,8 60 4,0 13,0 1/2" 32,5 10,3 100 7,2 16,0 5/8" 51,4 16,3 160 11,5 19,0 3/4" 73,8 23,4 240 16,5 22,0 7/8" 101,0 32,0 320 22,2 25,0 1" 132,3 41,9 410 29,0 32,0 1.1/4" 206,4 65,4 650 45,4
Conversão de unidades: 1mm = 0.0394 in; 1 in. = 25,4mm;
Fonte: Brentano,2011 (NBR 10.897:2007, NFPA 13:2007 e Linder, 1997).
Dando sequência no cálculo será determinado a pressão residual mínima necessária no hidrante mais desfavorável, conforme fórmula-10:
𝑃 =𝑄² 𝐾²
(10)
𝑃= Pressão Residual ou dinâmica no esguicho do hidrante H-x mais desfavorável, em “kPA” ou “mca”.;
𝑄= Vazão mínima no hidrante em “L/min.”;
𝐾= Fator de vazão do esguicho, em “L/min. x Kpa-1/2” ou L/min. x mca-1/2”. (Verificar tabela 8).
Verificação da tubulação conforme fórmula-11, através do cálculo da velocidade de escoamento da água na canalização, se o diâmetro adotado não atender ao desempenho hidráulico desejado para o sistema de (v ≤ 5,0m/s), o mesmo deverá ser revisto e calculado com um diâmetro maior.
𝑉𝑐 = 𝑄 𝐴𝑐
(11)
Onde:
𝑉𝑐= Velocidade na canalização do ramal de alimentação do hidrante mais desfavorável H-xx em “m/s”.
𝑄= Vazão mínima no hidrante mais desfavorável H-x em “L/min.”.
𝐴𝑐= Área da seção da canalização de alimentação do hidrante H-x, em “m²”. Velocidade na tubulação principal, onde terá a vazão simultânea dos hidrantes. Cálculo de perda de carga geral no ramal de alimentação do hidrante mais desfavorável Hx.
A perda de carga no ramal de alimentação do hidrante mais desfavorável H-x, é igual à perda de carga ao longo da canalização do ramal, segmento que vai desde a saída da casa de bombas até a válvula angular, mais as perdas de cargas de cada válvula angular, mangueira de hidrante e esguicho. Utilizando a seguinte fórmula-12:
𝐻𝑃𝑡 = 𝐻𝑃𝑐 + 𝐻𝑃𝑣 + 𝐻𝑃𝑚 + 𝐻𝑃𝑒𝑠𝑔 (12)
Onde:
𝐻𝑃𝑡 = Perda de carga total no ramal de alimentação do hidrante mais desfavorável, em “mca”;
𝐻𝑃𝑐 = Perda de carga no segmento de canalização do ramal, em “mca”; 𝐻𝑃𝑣 = Perda de carga na válvula angular, em “mca”;
𝐻𝑃𝑚 = Perda de carga na mangueira, em “mca”; 𝐻𝑃𝑒𝑠𝑔 = Perda de carga no esguicho, em “mca”.
Perda de carga na canalização do ramal:
𝐻𝑃𝑐 = 10,65. 𝑄𝐻𝑥1,85. 𝐼𝑡𝑐. 𝐶−1,85. 𝑑𝑐−4,87 (13)
Onde:
𝑄𝐻𝑥 = Vazão do Hidrante Hx;
𝐼𝑡𝑐 = Comprimento teórico de canalização (𝐼𝑡𝑐 = 𝐼𝑛 + 𝐼𝑒 = "𝑚") 𝐼𝑛 = Comprimento linear da canalização;
𝐼𝑒 = Comprimento equivalente (joelhos, curvas e etc. Ver tabela 9); 𝐶 = Coeficiente de atrito de Hazen-Williams;
𝑑𝑐 = Diâmetro interno da canalização do hidrante Hx. Perda de carga na válvula angular:
𝐻𝑃𝑣 = 𝑘 . 𝑉𝑣 2𝑔
2 (14)
Onde:
𝑉𝑣 = Velocidade válvula angular (𝑉𝑣 = 𝑄𝐻𝑥 / 𝐴𝑣 = "𝑚/𝑠"); 𝑘 = Coeficiente da válvula angular (k= → ver tab. 9);
𝑔 = Aceleração da gravidade (g = 9,81 m/s²).
Tabela 9 – Valores do coeficiente k* para diversos tipos de singularidades
Coeficiente "k" das singularidades
Singularidade k* Singularidade k*
Joelho de 90° 0,90 Joelho de 45° 0,40
Curva de 90°, raio longo 0,40 Curva de 90°, raio médio 0,90 Curva de 45°, raio longo 0,20 Curva de 45°, raio médio 0,40 Entrada normal ou pontiaguda de canalização 0,50 Entrada com borda
arredondada 0,05
Entrada com redução 0,10 Entrada de borda 1,00
Ampliação gradual 0,30 Redução gradual 0,30
Junção de 45° 0,50 Tê passagem direta 0,60
Tê saída lateral 1,30 Tê saída bilateral 1,80
Válvula de gaveta 0,20 Válvula de globo 10,0
Válvula de esfera 0,05 Válvula de retenção 2,50
Válvula angular 5,00 Crivo 0,75
Válvula de pé 1,75 Saída de canalização 1,00
Válvula de pé com crivo 2,50 Esguicho tronco-cônico 0,10
Bocal de saída 2,75
(*) Não confundir com os outros fatores de correção "k" (também com letra minúscula) usados para
determinar o coeficiente de rugosidade C da fórmula de Hazen-Williams Fonte: Brentano,2011 (Fonte: Azevedo Netto, 2000).
Tabela 10 – Equivalência em metros de canalização reta das perdas de carga localizada em conexões e bocais
Comprimentos equivalentes de conexões e bocais
TIPO Material
Diâmetro nominal, "mm" (in.) 20 (¾) 25 (1) 32 (1¼) 40 (1½) 50 (2) 65 (2½) 75 (3) 100 (4) 125 (5) 150 (6) Comprimento equivalente m CO NE X Õ E S Joelho 90° Cobre 1,2 1,5 2,0 3,2 3,4 3,7 3,9 4,3 - - Aço 0,7 0,8 1,1 1,3 1,7 2,0 2,5 3,4 4,2 4,9 CPVC(*) 2,1 2,1 2,4 2,7 3,4 3,6 4,0 - - - 45° Cobre 0,5 0,7 1,0 1,30 1,5 1,7 1,8 1,9 - - Aço 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 0,90 1,2 1,5 1,9 2,3 CPVC(*) 0,3 0,3 0,6 0,6 0,6 0,90 1,2 - - - Cu rva 90° Cobre 0,5 0,6 0,7 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 - - Aço 0,4 0,5 0,6 0,7 0,9 1,0 1,3 1,6 2,1 2,5 45° Cobre 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 - - Aço 0,2 0,2 0,3 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,9 1,1 Tê Passag em direta Cobre 0,8 0,9 1,5 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 - - Aço 0,4 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,6 2,1 2,7 3,4 CPVC(*) 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,6 0,6 - - - Saída lateral (**) Cobre 2,4 3,1 4,6 7,3 7,6 7,8 8,0 8,3 - - Aço 1,4 1,7 2,3 2,8 3,5 4,3 5,2 6,7 8,4 10,0 CPVC(*) 0,9 1,5 1,8 2,4 3,0 3,7 4,6 - - - Bucha de redução (***) Cobre 0,3 0,2 0,2 0,4 0,7 0,8 0,9 1,0 - - Aço 0,3 0,2 0,2 0,4 0,6 0,7 0,8 0,9 1,1 1,2 CPVC(*) 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,6 0,6 - - - BO CAIS En tr ada d e ca n ali z a çã o Normal Cobre 0,4 0,5 0,6 1,0 1,5 1,6 2,0 2,2 - - Aço 0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 0,9 1,1 1,6 2,0 2,5 Borda Cobre 1,0 1,2 1,8 2,3 2,8 3,3 3,7 4,0 - - Aço 0,5 0,7 0,9 1,0 1,5 1,9 2,2 3,2 4,0 5,0 Saída de canalização Cobre 0,9 1,3 1,4 3,2 3,3 3,5 3,7 3,9 - - Aço 0,5 0,7 0,9 1,0 1,5 1,9 2,2 3,2 4,0 5,0 Fonte: Brentano,2011.
Perda de carga na mangueira de hidrante pode ser calculada conforme fórmula 15, ou utilização valores já calculados na tabela 11:
𝐻𝑃𝑚 =10,65 . 𝑄𝐻𝑥 1,85. 𝐼 𝑚 𝐶1,85. 𝑑 𝑚4,87 (15) Onde:
𝐻𝑃𝑚 = Perda de carga na mangueira de hidrante, em “mca”; 𝑄𝐻𝑥 = Vazão do hidrante Hx, em “m³” ;
𝐼𝑚 = Comprimento da mangueira de hidrantes, em “m”. 𝐶 = Coeficiente de atrito de Hazen-Williams;
𝑑𝑚 = Diâmetro interno da mangueira de hidrante, em “m”.
Para cálculo de perda de carga, além da fórmula 15 apresentada acima, pode-se utilizar também os valores já calculado da tabela 11, logo abaixo:
Tabela 11 – Perda de carga em mangueiras de hidrantes e mangotinhos com a fórmula de Hazen-Williams
Perda de carga em mangueiras de hidrantes e mangotinhos com a fórmula de Hazen-Williams
Vazão
Diâmetro das mangueiras de hidrantes e mangotinhos
25 mm (1 in.) 32 mm (1¼ in.) 40 mm (1½in.) 65 mm (2½ in.)
Comprimentos das mangueiras de hidrantes e mangotinhos
20 m 65 ft 30 m 100 ft 20 m 65 ft 30 m 100 ft 30 m 100 ft 30 m 100 ft Perda de carga total nas mangueiras de hidrantes ou mangotinhos
l/min gpm m ft m ft m ft m ft m ft m ft 70 19 5,37 17,6 8,06 26,4 1,66 5,44 2,49 8,17 - - - - 80 21 6,84 22,4 10,27 33,7 2,11 6,92 3,37 11,05 - - - - 100 26 10,33 33,90 15,50 51,0 3,19 10,46 4,79 15,71 2,03 6,66 - - 120 32 - - - - 4,47 14,66 6,7 22,00 2,84 9,32 0,24 0,79 125 33 - - - - 4,82 15,81 7,23 23,72 3,10 10,17 0,26 0,85 130 34 - - - - 5,18 17,00 7,77 25,49 3,30 10,82 0,28 0,92 150 40 - - - - 6,76 22,17 10,14 33,26 4,30 14,10 0,37 1,21 200 53 - - - 7,31 24,00 0,63 2,07 250 66 - - - 11,01 36,11 0,95 3,12 300 79 - - - 15,50 50,84 1,33 4,36 400 106 - - - 2,40 7,87 500 132 - - - 3,80 12,46 600 158 - - - 5,50 18,04 900 238 - - - 10,14 33,26
Conversão de unidades: 1m = 3.28 ft; 1 ft = 0,305m; 1 gpm = 3,785 l/min; 1 l/min = 0,264 gpm; 1 mm = 0.394m; 1 in. = 25,4
mm.
Perda de carga no esguicho:
𝐻𝑃𝑒𝑠𝑔 = 𝑘𝑒𝑠𝑔 . 𝑉𝑒𝑠𝑔 2𝑔
2 (16)
Onde:
𝑉𝑒𝑠𝑔 = Velocidade na saída do esguicho (𝑉𝑒𝑠𝑔 = 𝑄𝑒𝑠𝑔 / 𝐴𝑒𝑠𝑔 = "𝑚/𝑠"); 𝑘 = Coeficiente da válvula angular (kesg = → ver tab. 9);
𝑔 = Aceleração da gravidade (g = 9,81 m/s²).
Após calcular todas as perdas conforme equações citadas acima, fazer a somatória das mesmas conforme fórmula-12.
Dando sequência no próximo passo do cálculo, com a perda de carga total encontrada, precisa-se fazer o cálculo da pressão no ponta “A”, esse ponto seria na última curva do sistema, antes de chegar no hidrante mais desfavorável, conforme fórmula-17:
𝑝𝐴 = 𝑝𝐻𝑥+ 𝐻𝑃𝑡 (17)
Onde:
𝑝𝐴 = Pressão do ponto “A”;
𝑝𝐻𝑥 = Pressão Residual ou dinâmica no esguicho do hidrante H-x mais desfavorável, em “kPA” ou “mca”, valor a ser retirado da fórmula-10;
𝐻𝑃𝑡 = Valor a ser retirado da fórmula-12.
Com a pressão no ponto “A” calculada, verifica-se o fator de vazão “K” para o mesmo, sendo necessário ser calculado pois é utilizado para fazer o balanceamento das pressões nas conexões com a coluna de incêndio dos demais sub-ramais de hidrantes que serão cálculos para uso simultâneo, conforme fórmula-18:
𝐾𝐴 =
𝑄𝐻𝑥 √𝑝𝐴
(18)
Onde:
𝐾𝐴 = Fator de vazão 𝐾𝐴 do ponto “A”, em “ 𝑙/𝑚𝑖𝑛. 𝑘𝑃𝑎−1/2”;
𝑝𝐴 = Pressão do ponto “A”;
𝑄𝐻𝑥 = Vazão do hidrante Hx, em “l/min”;
Para encontrar a vazão total na coluna de incêndio, que será esta utilizada para definição das bombas de incêndio, sendo ela elétrica ou a combustão, precisa-se levar
em conta a solicitação da norma, que recomenda que a vazão do sistema deve ser igual a duas vezes a vazão do hidrante mais desfavorável da instalação. Esta recomendação serve para em caso de algum sinistro, possa ser utilizado dos hidrantes simultaneamente para combater o incêndio.
Para o cálculo da vazão na coluna de incêndio, deverá ser utilizado a fórmula-19.
𝑄𝑀𝑇 = 2 . 𝑄𝐻𝑥 (19)
Onde:
𝑄𝑀𝑇 = Vazão de 2 hidrantes simultâneos, em “ 𝑙/𝑚𝑖𝑛”;
𝑄𝐻𝑥 = Vazão do hidrante Hx, em “l/min”;
Segundo Brentano (2004, p.54), volume mínimo da RTI de ser determinado pela fórmula 20, conforme abaixo:
𝑣 = 𝑄𝑀𝑇. t (20)
Onde:
𝑣= Volume da RTI, em litros;
𝑄𝑀𝑇= Vazão de duas saídas de água com uso simultâneo, em l/min; 𝑡= Tempo mínimo de descarga a plena carga;
4. ESTUDO DE CASO
O presente estudo de caso tem por objetivo colocar em pratica a metodologia apresentada no capítulo anterior, para isso será tomado como base o projeto de prevenção contra incêndio - PPCI, o qual poderá ser visualizado no (Anexo A) que fará parte deste trabalho.
Passo 1: Será tomado como base a NBR 13.714:2011, e alguns dados da Lei
Complementar n° 14.376, de 26 de dezembro de 2013.
Passo 2: Classe de risco da edificação: As classificações abaixo podem ser
verificadas nas tabelas 1, 2 e 3.
Divisão/ Ocupação ou Uso Predominante: J2 – Todo tipo de depósito com carga de incêndio até 300MJ/m².
Grupo: J - Depósito
Descrição: Todo tipo de depósito com carga de incêndio até 300MJ/m².
Carga de incêndio conforme Grupo/Divisão/Ocupação: I até 300 – risco baixo
Isolamento de risco: Não
Área total construída: 1066,69m²
Área a ser protegida: 1066,69m²
Características construtivas da edificação: X – Edificação em que a propagação de fogo é fácil
Área do maior pavimento: 1066,69m²
Altura: Tipo I – Térrea
Número de pavimentos: 1
Tem mezanino: Não
Capacidade instalada de GLP: Nenhuma
Depósito de GLP: Não há
Existem instalações de líquidos combustíveis e inflamáveis: Não
Existem instalação de GN (gás natural): Não
Existem caldeiras, vasos de pressão e/ou congêneres: Não
A edificação possui ventilação natural: Sim
Possui subsolos: Não