Projeções de volume de dióxido de carbono - Concentrações de CO2 no ambiente protegido - Fator de inundação para riscos de incêndio para concentração mínima de 40% de CO2 - Gráfico de conversão do fator de correção de CO2 - Vazão mássica da área efetiva por área - Projetos de Sistema Fixos de Combate a Incêndios - Estudo de Sistema Fixo de Combate a Incêndio por Agente Gasoso

5.1.5 – Projeções de volume de dióxido de carbono

O volume necessário de dióxido de carbono para ser empregado nos ambientes protegidos é função do risco presente e da arquitetura do ambiente. A concentração mínima de CO2 a ser atingida é aquela necessária para extinguir o fogo por abafamento.

Essa concentração é função dos combustíveis presentes, conforme apresentado na Tabela 5.2. A concentração mínima teórica de CO2 para os combustíveis é estabelecida através do método Cup-Burner. Porém, é a concentração mínima de projeto, sempre superior à teórica, a que efetivamente deve ser utilizada no cálculo de vazão do gás possui fator de segurança de 20% em relação a concentração mínima teórica.

Tabela 5.2 – Concentrações de CO2 no ambiente protegido (NFPA 12, 2011)

 

Após a análise dos combustíveis presentes no ambiente, é elaborado o cálculo com o objetivo de quantificar a massa necessária de CO2 para extinguir o fogo no ambiente protegido. Segundo a norma NFPA 12 (2011), o sistema instalado deverá ter o potencial de inundar todo o ambiente na concentração de projeto no tempo máximo de 30 segundos. E o gás deverá ficar retido no ambiente inundado no mínimo por 60 segundos.

A quantidade básica requerida de CO2 é calculada de acordo com a Equação 5.1 (NFPA 12, 2011; ABNT 12232, 2005).

O fator de inundação é obtido a partir da Tabela 5.3, e varia conforme o volume do ambiente inundado (ABNT 12232, 2005).

Equação 5.1

Devido à grande parte dos combustíveis necessitar de cerca de 40% de CO2, estabeleceu-se um padrão de cálculo de fator de inundação considerando essa concentração mínima de CO2 (ABNT 12232, 2005). É este padrão que se encontra apresentado na Tabela 5.3.

Tabela 5.3 – Fator de inundação para riscos de incêndio para concentração mínima de 40% de CO2 (ABNT 12232, 2005)

 

Essa quantidade básica de CO2 obtida na Equação 5.1 deve inundar o ambiente protegido em um tempo mínimo de 30 segundos. A vazão mássica básica de CO2 no ambiente é obtida a partir da Equação 5.2.

Equação 5.2

Porém, existem combustíveis que necessitam de uma concentração mínima de dióxido de carbono maior que 40%. Para esses casos, emprega-se o gráfico da Figura 5.7, que possibilita a obtenção do fator de inundação a partir da concentração mínima de projeto do dióxido de carbono. Multiplica-se o fator de conversão obtido na Figura 5.7 pela massa final requerida de CO2.

 

Figura 5.7 – Gráfico de conversão do fator de correção de CO2 (Tradução do Autor, Fonte: NFPA12, 2011)

 

As estimativas obtidas até este ponto consideram um ambiente fechado, sem contato com o meio externo. Contudo, há ambientes que não oferecem a possibilidade de serem herméticos, permanecendo abertos para o meio externo. Isso representa perda de parte do gás injetado. Para suprir essa perda, adiciona–se uma quantidade extra de CO2 (NFPA 12, 2011).

O método mais usual para o cálculo dessa massa de CO2 adicional é a partir da área efetiva aberta, conforme a Equação 5.3 (NFPA 12, 2011).

 

O cálculo da vazão mássica da área da área efetiva (WL) segue a Equação 5.4.

Onde L é em função da altura do centro da abertura até o topo do ambiente e da concentração de extinção de CO2 – conforme Figura 5.8.

Figura 5.8 – Vazão mássica da área efetiva por área (Tradução do Autor, Fonte: NFPA 12, 2011)

Após o cálculo de WL, calcula-se a massa de CO2 adicional para compensar a abertura (QL) usando a Equação 5.5. Conforme NFPA 12 (2011), o tempo mínimo de permanência do CO2 no ambiente é de 1 minuto.

 

Equação 5.5

 

A massa total de CO2 para inundação do ambiente protegido é estimada a partir da Equação 5.6.

 

Equação 5.6

Assim, a vazão mássica total de CO2 para inundar o ambiente em 30 segundos é dada pela Equação 5.7.

Equação 5.7

 

A ABNT 12232 (2005) recomenda um tempo máximo de descarga de 60 segundos para sistemas de inundação total. Por outro lado a norma NFPA 12 (2011) indica o tempo máximo de descarga de 30 segundos. Com isso, adota-se a NFPA 12 por ser tratar de uma norma de atualização mais recente.

A NFPA 12 (2011) apresenta outros métodos de cálculo para quantidade adicional de CO2 em ambientes aberto, porém a ABNT 12232 (2005) apresenta somente um método de cálculo adicional para ambientes com áreas abertas. Isso por que a norma foi elaborada para ambientes que possuem alto poder de inflamabilidade, como salas de transformadores. Por este método, a quantidade adicional de dióxido de carbono é estimada pela Equação 5.8.

Equação 5.8

O cálculo da vazão de escape de CO2 da Equação 5.8 avalia cada abertura. Para tanto deve ser usada a Equação 5.9.

 

Equação 5.9

A NFPA 12 (2011) apresenta ainda outros métodos de cálculo de quantidade adicional de CO2, que variam de acordo com as condições apresentadas pelo ambiente protegido. A escolha do método de cálculo baseia-se no estudo da arquitetura e da atividade exercida no ambiente.

Uma vez estimada a massa total de CO2 necessária para inundar o ambiente, calcula-se a quantidade de cilindros de CO2 necessários. Este cálculo é realizado a partir das opções fornecidas pelo fabricante. A Tabela 5.1 exemplifica aos opções oferecidas pelo fabricante FIKE.