SISTEMAS DE COMBATE A INCÊNDIOS POR AGENTES GASOSOS

Autor: Teodorio Arão Santos de Oliveira

Engenheiro de Segurança contra Incêndio e Pânico

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O fogo tem sido de grande importância para os seres humanos desde os períodos pré-históricos. Quando produzida de forma voluntária e controlada, está presente em nosso dia-a-dia, na forma de fogões, motores à combustão interna, calefatores, isqueiros, aquecedores de água, etc. e como principal fonte de calor em quase todos os processos industriais, novos combustíveis, petróleo, materiais sintéticos, etc., obrigando o aperfeiçoamento dos equipamentos à base de água e o desenvolvimento de elementos extintores mais modernos, tais como, pó químico, gases, espuma proteínica e sintética, etc.

O emprego de sistemas fixos de gases ocorre nas situações em que o uso da água ou outro agente extintor quando empregado possa causar danos adicionais aos objetos ou equipamentos daquela edificação. Além disso, quando os resíduos do combate a incêndio, não sendo controlados, possam trazer danos ao meio ambiente, ou ainda, para prevenção e supressão de explosão em espaços confinados. Por fim, os sistemas de gases podem ser utilizados quando houver risco pessoal no uso do agente extintor convencional.

Quando se deseja 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, tem se que pensar num agente extintor limpo, que não deixe resíduos, que não seja corrosivo, não-condutor de eletricidade, enfim, que não provoque destruição no ambiente protegido após seu uso.

Não é recomendado o emprego de sistemas fixos de gases em locais onde haja a presença dos seguintes materiais:

1. Produtos químicos ou misturas de produtos químicos, como o nitrato de celulose e a pólvora, que são capazes de rápida oxidação na ausência de ar;
2. Metais reativos como lítio, sódio, potássio, magnésio, titânio, zircônio, urânio e plutônio;
3. Hidretos metálicos como o hidreto metálico de níquel usado em baterias; e
4. Produtos químicos capazes de passar por decomposição autotérmica como os peróxidos orgânicos e hidrazina.

No atual estágio tecnológico dos equipamentos de combate a incêndio, os gases se tornaram a melhor alternativa para esses casos, pois funcionam como agentes extintores totalmente limpos e após sua atuação é necessária somente uma adequada ventilação no ambiente para o reinício das atividades do local.

Por mais de cem anos, agentes gasosos como o dióxido de carbono (CO₂), argônio, nitrogênio, etc., são utilizados eficazmente no combate a incêndios e inertização em diversas atividades industriais e comerciais, por meio de sistemas fixos ou extintores portáteis.

Em 1929 foi elaborada nos Estados Unidos a norma NFPA 12 (National Fire Protection Association), fornecendo os requisitos mínimos necessários para todos os projetos, instalações e manutenções de sistemas de dióxido de carbono (CO₂). 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 retirando oxigênio do ambiente, consequentemente 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 extinção de incêndios, que tinham como característica apagar o fogo sem a retirada significativa de oxigênio do ambiente.

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. Utilizado em concentrações de 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, utilizado em extintores portáteis devido à sua alta capacidade propelente.

A norma NFPA 12A, Sistemas de Extinção de Incêndio por Halon 1301, foi publicada oficialmente em 1970 e forneceu requisitos e orientações para os projetos e instalações de sistemas fixos utilizados gás Halon 1301.

Esse período coincidiu com a rápida expansão dos centros de computação, locais com equipamentos sofisticados e delicados, o que fez do Halon 1301 um produto-padrão, largamente utilizado na proteção desse tipo de ambiente, desde o seu lançamento até 1987.

O Protocolo de Montreal de 1987 foi um marco histórico na utilização de agentes gasosos destinados ao combate de incêndios.

Esse documento tinha como objetivo o controle e a eliminação em âmbito global, da emissão na atmosfera de substâncias capazes de destruir a camada de ozônio, dentre os quais o Halon 1211 e Halon 1301, tendo o Brasil ratificado 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 (1995) e número de 229 (1997), depois substituídas pela número 267 (2000).

Ao se efetuar a análise de risco de um determinado ambiente, tem se que avaliar todos os riscos e um dos mais temidos é o incêndio.

Selecionar um produto de extinção de incêndio, dentro das alternativas existentes no mercado, é uma atividade meramente técnica, pois para cada tipo de combustível ou risco existe um agente extintor recomendado.

Mas, essa decisão não se restringe a apagar o fogo, cabe ao gerenciador de riscos avaliar os efeitos colaterais pós-operação de extinção como:

1. danos causados aos equipamentos ou máquinas;
2. tempo para limpeza da água, sujeira ou resíduos no local;
3. tempo para retorno das atividades operacionais;
4. tempo para recolocar o sistema on-line; e
5. descarte da água utilizada no combate a incêndio.

Se o ambiente a ser protegido possuir equipamentos de alta tecnologia, alto valor agregado, sensíveis, de reposição complicada ou essencial à continuidade das operações do local, normalmente a escolha de um sistema de extinção de incêndios se dá a favor dos agentes gasosos.

As principais características dos agentes gasosos são:

1. não conduzem eletricidade;
2. vaporizam rapidamente e não deixam resíduo;
3. são adequados para incêndios classe A, B ou C; e
4. após a extinção, permitem o reinício imediato das atividades 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 meio ambiente, atualmente classifica-se os agentes extintores gasosos em duas categorias: agentes limpos e dióxido de carbono.

A partir do Protocolo de Montreal de 1987, várias companhias químicas desenvolveram agentes extintores capazes de substituir o Halon 1211 e o Halon 1301.

Diversos programas foram criados em busca de identificar e avaliar as possíveis alternativas para as aplicações existentes que utilizassem os produtos banidos. O mais importante desses programas foi o SNAP (Significant New Alternative Polices) criado pela EPA (Environmental Protection 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 aceitáveis sob determinada ótica enquanto, de modo paralelo e coordenado, a NFPA (National Fire Protection Association) elaborava uma norma técnica específica para os agentes que surgiam – a norma NFPA 2001, aprovada em 1994.

Com base na norma NFPA 2001, são atualmente realizados todos os projetos e instalações de sistemas de combate a incêndios utilizando-se gases limpos, substitutos do Halon 1301.

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

A sigla ODP é Ozone Depletion Potential (Potencial de destruição do ozônio) que é a capacidade de uma determinada substância provocar danos à camada de ozônio.

A sigla NOAEL é No Observed Adverse Effects Level (Nenhum nível de efeito adverso observado) que é a maior concentração de um determinado agente, em que não se observa nenhuma reação, efeito adverso ou sintoma em seres humanos submetidos a essa atmosfera.

Por fim, a sigla LOAEL é Lowest Observed Adverse Effects Level (Menor nível de efeitos adversos observados) que 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.

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

Ás exigências da NFPA 2001 protege e orienta os consumidores nos seguintes aspectos:

1. Todos os agentes aprovados são seguros na aplicação como agentes extintores, em que a concentração mínima de projeto foi definida como concentração de extinção de uma chama de n-heptano (teste de Cup Burner), acrescida de uma margem de segurança de 20%.

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.

1. Para utilização em áreas ocupadas por seres humanos, a máxima concentração de agente extintor permitida é a 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.
2. Após a extinção, não deixam qualquer tipo de resíduos corrosivos ou sujeira.
3. Todos os gases não são condutores de eletricidade até os níveis de médias tensões. Para tensões acima de 1 kV, o projetista deve verificar as distâncias mínimas recomendadas entre condutores de alta tensão e terra, em função da rigidez dielétrica do gás utilizado.
4. Durante a descarga não provocam choque térmico ou condensação no ambiente protegido.

Devido a 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: gases inertes e gases ativos.

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 respiração humana. Os gases inertes são formados basicamente por uma composição de argônio e nitrogênio, e são comercializados pelos produtos Argonite, Argon e Inergen. As características físico-químicas desses produtos podem ser visto na Figura 2.

O segundo grupo é formado pelos agentes ativos, cujo princípio de funcionamento não é a redução do oxigênio como nos gases inertes, mas atua na retirada da energia térmica presente no incêndio e na interrupção da reação química em cadeia do processo de combustão. Os agentes ativos são formados por diversas famílias químicas 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 para inibir a reação química entre combustível e comburentes, além de sua ação resfriadora no incêndio. As características físico-químicas do FE-13, FM-200, CEA-410 e NAF-S-III podem ser vistos na Figura 3.

O 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%, impossibilitando a respiração humana.

O CO₂ é utilizado em extintores portáteis e principalmente na indústria, na proteção de geradores de energia elétrica, laminadores, máquinas gráficas, tanques de óleo, fornos, dutos, armazenamento de líquidos inflamáveis, etc.

Os sistemas de CO₂ se classificam em dois tipos, relativos a pressão de armazenagem são eles: CO₂ baixa pressão e CO₂ alta pressão.

O CO₂ baixa pressão é utilizado em um tanque de aço dotado de sistema de resfriamento, com capacidade paras as necessidades da área protegida, mantido à pressão de 300 psi a 18ºC.

Possui uma válvula reguladora comandada por temporizador, de forma a fornecer a quantidade de CO₂ correspondente ao volume do local protegido. Normalmente é utilizado para quantidades de CO₂ acima de 3000 kg.

O CO₂ alta pressão são utilizados em cilindros com capacidade até 45 kg de CO₂, à pressão de 850 psi a 21ºC e densidades de enchimento até 68%.

Com relação ao método de aplicação existem duas modalidades: CO₂ aplicação local e CO₂ inundação total.

O CO₂ aplicação local é utilizado quando o risco protegido não está confinado num espaço fechado. O tempo de descarga é no máximo de 30 segundos.

Para o cálculo de quantidade de CO₂ no caso de local com 3 dimensões, como uma máquina, utiliza-se o método volume.

Para os locais com duas dimensões, como a superfície de um tanque de têmpera, utiliza-se o método da área.

O CO₂ inundação total é utilizado 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 combustível, etc.

O tempo de descarga é 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).

Os ambientes sugeridos para a aplicação dos agentes limpos são:

• centro de processamento de dados;
• telecomunicações;
• fitotecas;
• laboratórios;
• museus e bibliotecas;
• tomografia e ressonância magnética;
• salas de controle; e
• processos industriais.

A toxicidade apropriada para os ambientes habitados é o NOAEL compatível.

O tempo de descarga não deve ser superior a 10 segundos, a exceção para os gases inertes que é de um minuto. Esse tempo é o necessário para a liberação de 95% da massa para atingir a concentração mínima de projeto.

A escolha do agente limpo é um fator importante para o projeto do sistema de combate a incêndio por agente limpo. As características de alguns agentes limpos quando aplicados no ambiente ocasiona a diminuição da concentração de oxigênio no ambiente, conforme visto na Figura 4.

Outro fator a ser considerado no projeto é o espaço ocupado pelos cilindros que contêm os agentes limpos. A Figura 5 mostra a eficiência dos gases limpos e, portanto, o volume ocupado pelos mesmos. O Halon 1301 está como uma referência.

A análise técnica deve ser realizada nos seguintes pontos:

1. Dimensões dos locais – normalmente para ambientes até 300 m², os sistemas fixos de gases ativos, possuem custo menor de implantação.
2. Concorrência de preços – verificar a quantidade de sistemas instalados no país, pois gases pouco comercializados terão pouca oferta na hora da recarga.
3. Aceitação do gás no mercado – verificar a quantidade de sistemas instalados no país, pois gases pouco comercializados terão pouca oferta na hora da recarga.
4. Espaço para cilindros de gás – verificar disponibilidade no início do projeto.
5. Equipamentos certificados – são a garantia de confiabilidade do sistema de proteção.
6. Certificado de procedência do gás – evita o uso de gases não originais.

O consumidor deve ter alguns cuidados como ter:

• Certificado de procedência do gás;
• Garantia do fornecedor;
• Conferir a estanqueidade e medidas dos volumes protegidos;
• Experiência e idoneidade do fornecedor;
• Cilindros, equipamentos aprovados por uma entidade especializada e neutra;
• Respeito às concentrações e densidades de enchimento;
• Não permitir improvisos e gambiarras que comprometam a confiabilidade do sistema;
• Placas de sinalização aos usuários;
• Exigir treinamento de operação completo; e
• Sistema de detecção com equipamentos aprovados por uma entidade especializada neutra.

O sistema fixo de combate a incêndio utiliza gás carbônico como agente extintor. Esse sistema é o mais difundido em nosso País.

O gás carbônico (CO₂) não é considerado agente limpo, apesar de não deixar resíduo, pois apresenta um grau de toxicidade a baixa concentração (cerca de 9% em volume do ar).

As características principais são: ser um gás inodoro, não corrosivo e não conduz eletricidade.

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 têmperas, porão de cabos, coifas de cozinhas industriais ou comerciais etc.

Seu mecanismo de extinção é por abafamento, diminuindo a concentração de oxigênio e combate fogo classes A B e C.

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

• Sistema de alta pressão para armazenamento até 4.000 kg de CO₂. Nesse caso se usa cilindros.
• Sistema de baixa pressão para armazenamento acima de 4.000 kg até 30.000 kg de CO₂. Nesse caso se usa tanques.

Todos os sistemas fixos automáticos de CO₂ devem ser inspecionados visualmente, pelo menos a cada três meses. Devem ser verificadas as condições de funcionamento de todas as partes móveis, principalmente as lubrificadas, bem como todos os componentes elétricos, como detectores, acionadores manuais, válvulas solenóides, pressostatos, etc.

Os cilindros devem ser pesados periodicamente, no mínimo a cada seis meses. Sempre que eles acusarem perda de peso superior a 10% devem ser recarregados.

Todos os sistemas devem ser submetidos a ensaios de operação pelo menos anualmente.

O ensaio de operação tem o objetivo de verificar a sua correta operação.

Todos os equipamentos protegidos devem ser ensaiados individualmente, mesmo aqueles pertencentes aos sistemas projetados para operar simultaneamente.

O ensaio de operação deve ser efetuado descarregando-se em cada equipamento no mínimo 50% da quantidade de cilindros prevista pra ele, mas nunca menos que a carga de um cilindro.

Os ensaios de operação devem incluir o sistema automático de detecção de sinalização e alarme.

Inspeções, ensaios, manutenção e operação de sistemas fixos automáticos de CO₂ devem ser registrados em relatórios e efetuados somente por pessoas habilitadas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 12232: Execução de sistemas fixos automáticos de proteção contra incêndio com gás carbônico (CO₂) em transformadores e reatores de potência contendo óleo isolante. Rio de Janeiro: ABNT, 2015.

NFPA, National Fire Protection Association, NFPA 12: Standard on Carbon Dioxide Extinguish Systems, Edition Current: 2022.

___NFPA 12 A: Standard on Halon 1301 Fire Extinguish Systems, Edition Current: 2022.

___NFPA 2001: Standard on Clean Agent Fire Extinguishing Systems, Edition Current: 2018.

SÃO PAULO, Corpo de Bombeiros da Polícia Militar do Estado de, Instrução Técnica nº 26: Sistemas fixos de gases para combate a incêndio, 2019.

SILVA, Valdir P.; CARLO, Ualfrido D.; Silva, Silvio B. da; ONO, Rosaria; PANONNI, Fábio D.; GILL, Alfonso A.; SEITO, Alexandre I. A Segurança contra Incêndio no Brasil, Sistemas de combate a incêndio por agentes gasosos pags. 277-285, Mario Nonaka, Projeto Editora, São Paulo, 2008.