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A segurança contra incêndio no Brasil 277

SISTEMAS DE COMBATE

A INCÊNDIO POR AGENTES GASOSOS

Alfonso Antonio GILL Omar Lima LEAL

1. Introdução

o fogo tem sido de grande importância para os seres humanos desde os períodos pré-históricos. Quando

produzido de forma voluntária e controlada, está presente em nosso dia-a-dia, na forma de fogões, moto-

res à combustão interna, calefatores, isqueiros, aquecedores de água, etc. e como principal fonte de calor

em quase todos os processos industriais.

O problema surge quando o fogo aparece de forma involuntária, acidental e fora de controle. Nesse caso,

passa a ser um elemento destruidor de vidas e patrimônios, sendo uma preocupação constante desde a an!güida-

de e certamente con!nuará a ser também no futuro.

No início, a água era a melhor forma de se combater incêndios, mas à medida que a civilização foi se

modernizando, foram surgindo novos materiais, processos industriais, novos combus"veis, petróleo, materiais sin-

té!cos, etc., obrigando o aperfeiçoamento dos equipamentos à base de água e o desenvolvimento de elementos

ex!ntores mais modernos, tais como, pó químico, gases, espuma proteínica e sinté!ca, etc..

Quando desejamos combater incêndios em locais que possuem objetos de alto valor agregado como

CPDs, salas de controle, centrais telefônicas, salas-cofre, arquivo de dados, laboratórios, bibliotecas e museus de

arte, temos de pensar num agente ex!ntor limpo, que não deixe resíduos, que não seja corrosivo, não-condutor de

eletricidade, enfim, que não provoque destruição no ambiente protegido após seu uso.

No atual estágio tecnológico dos equipamentos de combate a incêndio, os gases se tornaram a melhor

alterna!va para esses casos, pois funcionam como agentes ex!ntores totalmente limpos e após sua atuação é ne-

cessária somente uma adequada ven!lação no ambiente para o reinício das a!vidades do local.

Por mais de cem anos, agentes gasosos como o dióxido de carbono (CO2), argônio, nitrogênio, etc., são

u!lizados eficazmente no combate a incêndios e iner!zação em diversas a!vidades industriais e comerciais, por

meio de sistemas fixos ou ex!ntores portáteis.

Em 1929 foi elaborada nos Estados Unidos a norma NFPA 12 (Na!onal Fire Protec!on Associa!on), forne-

cendo os requisitos mínimos necessários para todos os projetos, instalações e manutenções de sistemas de dióxido

de carbono (CO2). Apesar de an!ga, essa norma é atualizada ro!neiramente e sua ul!ma versão é a de 2005. No

Brasil e no mundo todo a norma NFPA 12 é considerada como o principal documento técnico na elaboração de

projetos de combate a incêndios por CO2, juntamente com os regulamentos locais.

A principal deficiência dos sistemas de CO2, argônio ou nitrogênio é que combatem incêndios re!rando o

oxigênio do ambiente, conseqüentemente trazendo riscos de acidentes de asfixia em pessoas que possam estar no

local da descarga do agente gasoso.

Na década de 60 e início de 70, várias empresas químicas desenvolveram gases para aplicação em ex!nção

de incêndios, que !nham como caracterís!ca apagar o fogo sem a re!rada significa!va de oxigênio do ambiente.

Mario Nonaka Engenheiro eletricista e diretor da

Digisensor Sistemas de Segurança - [email protected]

XVIII

A segurança contra incêndio no Brasil278

Dentre os diversos gases lançados no mercado, o único que teve larga aceitação comercial foi o Halon

1301 (bromotrifluormetano) fabricado pela DuPont. Podia ser usado em ambientes normalmente habitados sem

nenhuma restrição à presença de seres humanos, pois não era considerado asfixiante. U!lizado em concentrações

entre 5 a 7%, ocupava menos espaço quando comparado ao CO2, que era aplicado em altas concentrações entre

34 a 60% em volume.

Havia também o Halon 1211, u!lizado em ex!ntores portáteis devido à sua alta capacidade propelente.

A norma NFPA 12A, Sistemas de Ex!nção de Incêndio por Halon 1301, foi publicada oficialmente em 1970

e forneceu requisitos e orientações para os projetos e instalações de sistemas fixos u!lizando gás Halon 1301.

Esse período coincidiu com a rápida expansão dos centros de computação, locais com equipamentos so-

fis!cados e delicados, o que fez do Halon 1301 um produto-padrão, largamente u!lizado na proteção dess !po de

ambiente, desde seu lançamento até 1987.

O Protocolo de Montreal de 1987 foi um marco histórico na u!lização de agentes gasosos des!nados ao

combate de incêndios.

Esse documento !nha como obje!vo o controle e a eliminação em âmbito global, da emissão na atmos-

fera de substâncias capazes de destruir a camada de ozônio, dentre os quais o Halon 1211 e Halon 1301, tendo o

Brasil ra!ficado oficialmente o protocolo em 1994, junto com outros 23 países.

A proibição do uso, comercialização e importação de substâncias controladas pelo Protocolo de Montreal

foi regulamentada no Brasil por meio das Resoluções do CONAMA de número 13 de 13/12/95 e número 229 de

20/08/97, depois subs!tuídas pela número 267 de 14/09/2000.

2. Características dos agentes gasosos

Ao efetuamos a análise de risco de um determinado ambiente, temos de avaliar todos os riscos e um dos

mais temidos é o incêndio.

Selecionar um produto de ex!nção de incêndio, dentro das alterna!vas existentes no mercado, é uma a!-

vidade meramente técnica, pois para cada !po de combus"vel ou risco existe um agente ex!ntor recomendado.

Mas essa decisão não se restringe a apagar o fogo, cabe ao gerenciador de riscos avaliar os efeitos colate-

rais pós-operação de ex!nção, ou seja:

• danos causados aos equipamentos ou máquinas.

• tempo para limpeza da água, sujeira ou resíduos no local.

• tempo para retorno das a!vidades operacionais.

• tempo para recolocar o sistema on-line.

• descarte da água u!lizada no combate a incêndio.

Se o ambiente a ser protegido possuir equipamentos de alta tecnologia, alto valor agregado, sensíveis, de

reposição complicada ou essenciais à con!nuidade das operações do local, normalmente a escolha de um sistema

de ex!nção de incêndios se dá a favor dos agentes gasosos.

As principais caracterís!cas dos agentes ex!ntores gasosos são:

a) não conduzem eletricidade.

b) vaporizam rapidamente e não deixam nenhum resíduo.

c) são adequados para incêndios classe A, B ou C.

d) após a ex!nção, permitem o reinício imediato das a!vidades do local.

Como conseqüência do Protocolo de Montreal, que estabeleceu critérios de proteção à camada de ozônio

e o surgimento da NFPA 2001, que definiu regras mais rígidas para proteção de pessoas e o meio ambiente, atual-

mente classificamos os agentes ex!ntores gasosos nas duas categorias a seguir.

2.1. AGENTES LIMPOS

A par!r do Protocolo de Montreal de 1987, várias companhias químicas desenvolveram agentes ex!nto-

res capazes de subs!tuir o Halon 1211 e Halon 1301.


Diversos programas foram criados buscando iden!ficar e avaliar as possíveis alterna!vas para as aplicações

existentes que u!lizassem os produtos banidos. O mais importante desses programas foi o SNAP (Significant New Alter-

na"ve Polices) criado pela EPA (Environmental Protec"on Agency), agência de proteção ambiental dos Estados Unidos,

analisando uma série de candidatos sob os mais diversos critérios e criando uma lista de produtos considerados acei-

táveis sob determinada ó!ca enquanto, de modo paralelo e coordenado, a NFPA (Na"onal Fire Protec"on Associa"on)

elaborava uma norma técnica específica para os agentes que surgiam – a norma NFPA-2001, aprovada em 1994.

Com base na norma NFPA 2001 da Na!onal Fire Protec!on Associa!on, são atualmente realizados todos os

projetos e instalações de sistemas de combate a incêndios u!lizando-se gases limpos, subs!tutos do Halon 1301.

Para o perfeito entendimento e aplicação dessa norma, é essencial o conhecimento das seguintes definições:

• ODP (Ozone Deple!on Poten!al):

É a capacidade de uma determinada substância de provocar danos à camada de ozônio.

• NOAEL (No Observed Adverse Effects Level):

É a maior concentração de um determinado agente, em que não se observa nenhuma reação, efeito ad-

verso ou sintoma em seres humanos subme!dos a essa atmosfera.

• LOAEL (Lowest Observed Adverse Effects Level):

É a menor concentração de um determinado agente, na qual pode se observar qualquer reação, efeito

adverso ou sintoma em seres humanos subme!dos a essa atmosfera.

Na Tabela 2.1 podemos verificar os valores de NOAEL e LOAEL dos diversos agentes limpos aprovados pela

NFPA 2001, lembrando que para proteção de ambientes habitados a máxima concentração de agente permi!da é

o NOAEL e o tempo máximo de permanência no local é de 5 minutos.

Tabela 2.1

O presente texto não tem como obje!vo ensinar a projetar, calcular ou instalar sistemas fixos de agentes

limpos. Tem como finalidade apresentar os fundamentos da norma NFPA 2001, auxiliando no seu entendimento e

aplicação.

A perfeita obediência às exigências da NFPA-2001 protege e orienta os consumidores nos seguintes as-

pectos:

a) Todos os agentes aprovados são seguros na aplicação como agentes ex!ntores, em que a concentração

mínima de projeto foi definida como concentração de ex!nção de uma chama de n-heptano (teste de Cup Burner),

acrescida de uma margem de segurança de 20%.

AGENTE LIMPONOAEL (PORCENTAGEM DE

AGENTE EM VOLUME)LOAEL (PORCENTAGEM DE

AGENTE EM VOLUME)

FC-3-1-10 40.0 > 40.0

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 30.0 > 50.0

HFC-236fa 10.0 15.0

IG-01 43.0 52.0

IG-100 43.0 52.0

IG-541 43.0 52.0

IG-55 43.0 52.0


Todos os agentes aprovados são inofensivos à camada de ozônio, apresentando o ODP igual a zero, com

exceção do NAF-S-III com o ODP = 0,044 que teve seu uso restrito.

b) Para u!lização em áreas ocupadas por seres humanos, a máxima concentração de agente ex!ntor per-

mi!da é o NOAEL, ou seja, não haverá risco toxicológico às pessoas. Mesmo assim, a NFPA 2001 em sua revisão de

2004 estabelece que, em ambientes com concentrações de agentes limpos menores ou iguais ao NOAEL, o tempo

máximo de permanência de pessoas é de 5 minutos.

c) Após a ex!nção, não deixam qualquer !po de resíduos corrosivos ou sujeira.

d) Todos os gases não são condutores de eletricidade até os níveis de médias tensões. Para tensões acima

de 1KV, o proje!sta deve verificar as distâncias mínimas recomendadas entre condutores de alta tensão e terra, em

função da rigidez dielétrica do gás u!lizado.

e) Durante a descarga não provocam choque térmico ou condensação no ambiente protegido.

Devido à existência de agentes limpos que u!lizam diferentes processos #sico-químicos no combate a

incêndios, a norma NFPA 2001 classifica os agentes limpos em dois grupos dis!ntos.

2.1.1. GASES INERTES

O primeiro grupo, denominado gases inertes, combate incêndios reduzindo a concentração de oxigênio

presente no ar até 12% em volume, que segundo a norma, é a mínima concentração de O2 sem riscos para a res-

piração humana. Os gases inertes são formados basicamente por uma composição de argônio e nitrogênio, e são

comercializados pelos produtos Argonite, Argon e Inergen.

2.1.2. GASES ATIVOS

O segundo grupo é formado pelos agentes a!vos, cujo princípio de funcionamento não é a redução de

oxigênio como nos gases inertes, mas atua na re!rada da energia térmica presente no incêndio e na interrupção

da reação química em cadeia do processo de combustão. Os agentes a!vos são formados por diversas famílias quí-

micas não restringidas no Protocolo de Montreal (1987) e comercializados pelos produtos FM-200, FE-227, Novec,

entre outros.

São misturas de elementos químicos, não-asfixiantes, que combatem incêndios por inibir a reação química

entre combus$vel e comburente, além de sua ação resfriadora no incêndio.

NOME COMERCIAL INERGEN ARGON ARGONITE

NFPA-2001 IG-541 IG-01 IG-55

Nome químico Argônio/nitrogênio Argônio Argônio/nitrogênio

Fórmula química52% nitrogênio

40% argônio 8% CO

2

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

37,5% ~ 37,5% ~ 37,5%

NOAEL 43% ~ 43% ~ 43%

Tempo de descarga 60 seg 60 seg 60 seg

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 geradosno incêndio

Somente os gerados no incêndio


2.2. DIÓXIDO DE CARBONO !CO2"

Essa norma da Na!onal Fire Protec!on Associa!on fornece os requisitos necessários aos sistemas de pro-

teção contra incêndio por CO2.

Dióxido de Carbono (CO2)

É um gás inodoro, não tóxico, não condutor de eletricidade, não deixa resíduos corrosivos, que combate

incêndios pela redução do nível de oxigênio do ambiente protegido para valores abaixo de 13,86%, impossibilitan-

do a respiração humana.

O CO2 é u!lizado em ex!ntores portáteis e principalmente na indústria, na proteção de geradores de

energia elétrica, laminadores, máquinas gráficas, tanques de óleo, fornos, dutos, armazenamento de líquidos in-

flamáveis, etc.

Os sistemas de CO2 se classificam em dois !pos, rela!vos a pressão de armazenagem:

2.2.1. CO2 BAIXA PRESSÃO

Quando é u!lizado um tanque de aço dotado de sistema de resfriamento, com capacidade para as neces-

sidades da área protegida, man!do à pressão de 300 psi a 18°C.

Possui uma válvula reguladora comandada por temporizador, de forma a fornecer a quan!dade de CO2

correspondente ao volume do local protegido.

Normalmente é u!lizado para quan!dades de CO2 acima de 3.000 Kg.

2.2.2. CO2 ALTA PRESSÃO

Quando são u!lizados cilindros com capacidade até 45 Kg de CO2, à pressão de 850 psi a 21 °C e densida-

des de enchimento até 68%.

Com relação ao método de aplicação, existem duas modalidades:

FABRICANTE E.I. DUPONTGREAT LAKES

CHEMICAL3M

NORTH AMERICANFIRE GUARDIAN

Nome comercial FE-13 FM-200 CEA-410 NAF-S-III

NFPA-2001 HFC-23 HFC-227ea FC-3-1-10 Mistura A de HCFCs

Nome químicoTri-fluor-metano

(HFC)Hepta-fluor-propano

(HFC)Perfluor-butano

(PFC)Mistura de HCFCs

Fórmula química CHF3 CF3CHFCF3 C4F10HCFC-22 (82%)

HCFC-123 (4,75%)CCFC-124 (9,5%)

Pressão 609 psi 360 psi 360 psi 360 psi

Concentração mínima de projeto

16,8% 7,0% 6,0% 8,6%

NOAEL 30% 9% 40% 12%

Tempo de descarga < 10 seg < 10 seg < 10 seg < 10 seg

Uso em áreas ocupadas (NFPA)

Sim Sim Sim Sim

ODP Zero Zero Zero 0,044

Toxicidade (LC50) 65% 80% 80% 32%

Produtos de decomposição

HF e os gerados no incêndio




Densidade máxima de enchimento (lbs/$³)

54,0 72,0 80,0 56,2


2.2.3. CO2 APLICAÇÃO LOCAL

Quando o risco protegido não está confinado num espaço fechado.

Tempo de descarga: máximo de 30 segundos.

Para o cálculo de quan!dade de CO2 no caso de local com 3 dimensões, como uma máquina, u!liza-se o

método do volume.

Para os locais com duas dimensões, como a super&cie de um tanque de têmpera, u!liza-se o método da Área.

2.2.4. CO2 INUNDAÇÃO TOTAL

Quando é possível confinar o risco dentro de um volume definido, como dutos de cozinha, túnel de cabos,

geradores, salas elétricas, cubículos elétricos, depósito de combus'veis, etc.

Tempo de descarga entre 1 a 7 minutos, com pelo menos 30% em 2 minutos.

Nesse caso, aplicam-se concentrações que variam de 34% (gasolina, querosene) até 74% (hidrogênio).

3. Aplicações típicas dos agentes limpos

3.1. GERAL

Os ambientes sugeridos para a aplicação dos agentes limpos são:

• centro de processamento de dados.

• telecomunicações.

• fitotecas.

• laboratórios.

• museus e bibliotecas.

• tomografia e ressonância magné!ca.

• salas de controle e automação.

• processos industriais.

3.2. REQUISITOS IMPORTANTES

Toxicidade apropriada para os ambiente habitados, ou seja NOAEL compa'vel.

Tempo de descarga não superior a 10 s; exceção para os gases inertes que é de um minuto.

O tempo de descarga é o tempo necessário para a liberação de 95% da massa para a!ngir a concentração

mínima de projeto.

3.3. CARACTERÍSTICAS DOPROJETO DO SISTEMA DECOMBATE POR AGENTESLIMPOS

A escolha do agente limpo é um

fator importante para o projeto do sistema

de combate de incêndio por agente limpo.

A figura ao lado mostra as carac-

terís!cas de alguns agentes limpos quan-

do aplicados no ambiente.

Outro fator a ser considerado no

projeto é o espaço ocupado pelos cilindros

que contêm os agentes limpos. FIGURA 1 * Diminuição da concentração de oxigênio no ambiente


A figura abaixo mostra a eficiência dos gases limpos e, portanto, o volume ocupado pelos mesmos. O ha-

lon 1301 está como uma referência.

A análise técnica deve ser realizada nos seguintes pontos:

a) Dimensões dos locais – normalmente para ambientes até 300 m², os sistemas fixos de gases a"vos,

possuem custo menor de implantação.

b) Concorrência de preços – o gás ex"ntor deverá ter vários fornecedores tradicionais no mercado, o usu-

ário não pode depender só de um fornecedor.

c) Aceitação do gás no mercado – verificar a quan"dade de sistemas instalados no país, pois gases pouco

comercializados terão pouca oferta na hora da recarga.

d) Espaço para cilindros de gás – verificar disponibilidade no início do projeto.

e) Equipamentos cer!ficados – são a garan"a de confiabilidade do sistema de proteção.

f) Cer!ficado de procedência do gás – evita o uso de gases não originais.

Cuidados do consumidor:

• Cer"ficado de procedência do gás.

• Garan"a do fornecedor.

• Conferir a estanqueidade e medidas dos volumes protegidos.

• Experiência e idoneidade do fornecedor.

• Cilindros, equipamentos aprovados por uma en"dade especializada e neutra.

• Respeito às concentrações e densidades de enchimento.

• Não permi"r improvisos e gambiarras que comprometam a confiabilidade do sistema.

• Placas de sinalização aos usuários.

• Exigir treinamento de operação completo.

• Sistema de detecção com equipamentos aprovados por uma en"dade especializada neutra.

4. Sistema fixo de gás carbônico (CO2)

4.1. GERAL

Será dada uma ênfase para o sistema fixo de combate a incêndio u"lizando gás carbônico como agente

ex"ntor.

Trata-se de um sistema muito difundido em nosso País

O gás carbônico (CO2) não é considerado um agente limpo, apesar de não deixar resíduo, pois apresenta

um grau de toxicidade a baixa concentração (cerca de 9% em volume do ar).

É um gás inodoro, não-corrosivo e não conduz eletricidade.

FIGURA 2 # Espaço ocupado por cilindros


É aplicado em ambientes confinados nos quais se faz a inundação total ou diretamente sobre o objeto a

ser protegido, como por exemplo: motores, tanques de temperas, porão de cabos, coifas de cozinhas industriais ou

comerciais, etc.

Seu mecanismo de ex"nção é por abafamento, diminuindo a concentração de oxigênio.

Combate fogo classes: A, B e C.

4.2. FLUXOGRAMA PARA PROJETAR O SISTEMA DE CO2

A figura abaixo orienta a elaboração do projeto de sistema de gás carbônico.

Em função do armazenamento de CO2, tem-se dois "pos de sistema:

1) Sistema de alta pressão para armazenamento até 4.000 kg de CO2. Nesse caso se usa cilindros.

2) Sistema de baixa pressão para armazenamento acima de 4.000 kg até 30.000 kg de CO2. Nesse caso se

usa tanques.

ANÁLISE DE RISCO

VOLUME DE RISCO

FATOR DE VOLUME

QUANTIDADE IDEAL DE AGENTE

ADICIONAL CO2

QUANTIDADE DE PROJETO

CÁLCULOS DE FLUXO

ILUSTRAÇÃO B

SELEÇÃO DOS CILINDROS SELEÇÃO DOS DIFUSORES

ALOCAÇÃO DOS DIFUSORESALOCAÇÃO DOS CILINDROS

FIGURA 3 # Sistema de baixa pressão.


Tabela 1 - Fator de inundação para concentração de 34%, em volume de CO2

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• SFPE - Society of Fire Protec!on Engineering. Handbook, 3ª edição, Bethesda, USA: 2002.

• NFPA – Na!onal Fire Protec!on Associa!on Standard on Clean Agent Fire Ex!nguishing System. NFPA 2001, Mass, USA: 2003.

• CONAMA. Resolução 13 de 13/12/95.

• Montreal Protocol Halons Technical Op!ons Commitee Environmental Protec!on Agency. Final Rule, March/94.

PRESSÃO INICIAL

PERDA DE

PRESSÃO NOFLUXO

PERDA DE

PRESSÃO NAELEVAÇÃO

PRESSÃO TERMINAL

COMPRIMENTOS

EQUIVALENTES

DIMENSÃO DEVÁLVULASE DUTOS

TAXA DE

FLUXO EMCADA SECÇÃO

REDES

DE DUTOS

SELEÇÃO EALOCAÇÃO DE

CILINDROS

TIPOS E

ALOCAÇÕES DEDIFUSORES

TAXA DE

FLUXO DOSDIFUSORES

VOLUME

PROTEGIDO (m3)

FATOR DE VOLUME QUANTIDADE CALCULADA (kg) NÃO MENOR QUE(m3 / kg CO2) (kg CO2 / m3)

Até 3,96 0,86 1,15 ---

3,97 - 14,15 0,93 1,07 4,50

14,16 - 45,28 0,99 1,01 15,10

45,29 - 127,35 1,11 0,90 45,40

127,36 - 1.415,0 1,25 0,80 113,50

Acima de 1.415,0 1,38 0,77 1.135,00

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