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CARLOS ROBERTO METZKER DE OLIVEIRA
Avaliação da resistência ao fogo de tubulações de
compostos vinílicos empregadas em sistemas prediais de
chuveiros automáticos para extinção de incêndio
SÃO PAULO
2007
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CARLOS ROBERTO METZKER DE OLIVEIRA
Avaliação da resistência ao fogo de tubulações de
compostos vinílicos empregadas em sistemas prediais de
chuveiros automáticos para extinção de incêndio
Dissertação apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para a obtenção do Título de Mestre em Engenharia
Área de Concentração: Engenharia de Construção Civil
Orientador: Prof. Titular Orestes Marraccini Gonçalves
SÃO PAULO
2007
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Este exemplar foi revisado e alterado em relação à versão original, sob responsabilidade única do autor e com a anuência de seu orientador. São Paulo, de setembro de 2007. Assinatura do autor ____________________________ Assinatura do orientador ________________________
FICHA CATALOGRÁFICA
Oliveira, Carlos Roberto Metzker de
Avaliação da resistência ao fogo de tubulações de compos- tos vinílicos empregadas em sistemas prediais de chuveiros automáticos para extinção de incêndio / C.R.M. de Oliveira. -- ed.rev. -- São Paulo, 2007.
180 p.
Dissertação (Mestrado) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia de Construção Civil.
1.Sistemas de combate à incêndio 2.Ensaio dos materiais 3.Resistência ao fogo I.Universidade de São Paulo. Escola Poli-técnica. Departamento de Engenharia de Construção Civil II.t.
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À minha filha Eduarda
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AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer a todos aqueles que, de certa maneira, me auxiliaram na
consolidação deste trabalho e, em especial:
A minha mãe, por ser a maior responsável por minha formação.
A minha querida Rafaela, pela compreensão e companheirismo. A minha filha
Eduarda, razão por toda a motivação pela vida.
Ao Professor Orestes pela atenção e apoio durante o processo de definição e
orientação.
Ao amigo Antonio Fernando Berto, que, nos anos de convivência muito me ensinou,
contribuindo para meu crescimento científico e intelectual.
A todos que, direta ou indiretamente, colaboraram na execução deste trabalho, em
especial ao amigo Írio.
Ao Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), Braskem e
Tigre que apoiaram tecnicamente este estudo.
A Universidade de São Paulo (USP), através da Escola Politécnica, pela
oportunidade de desenvolvimento pessoal e profissional.
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A tecnologia ensinou uma lição à humanidade:
NADA É IMPOSSÍVEL
Lewis Mumford
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RESUMO
Este trabalho estabelece critérios para avaliar a resistência ao fogo de tubulações
fabricadas com compostos vinílicos, com diferentes teores de cloro, para os
sistemas prediais de chuveiros automáticos, verificando o relacionamento entre os
resultados obtidos nos ensaios realizados em trechos de tubulações pressurizados e
submetidos a uma elevação de temperatura e os resultados observados nos ensaios
realizados em tubulações em escala real exposta diretamente às chamas, simulando
uma situação de incêndio. Assim, nos ensaios em trechos de tubulações ocorreu um
aumento da resistência ao fogo proporcional ao aumento do teor de cloro dos
compostos; nos ensaios em tubulações em escala real observou-se que corpos-de-
prova com tubos vinílicos grau a partir de 64 (grau este relacionado ao teor de cloro)
suportam as condições de exposição ao fogo; a relação entre os ensaios mostrou
que tubulações fabricadas com um composto vinílico com resistência a partir de 110
segundos de exposição ao fogo, no ensaio em trechos de tubulações, suportam
também as condições estabelecidas no ensaio em escala real. Isto indicou a
possibilidade de se utilizar o ensaio em trechos de tubulações para avaliar,
preliminarmente, a capacidade dos materiais em resistir ao fogo, antes de serem
submetidos ao ensaio em escala real, pois este apresenta maiores custos envolvidos
e maiores dificuldades na sua execução.
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ABSTRACT
This work establishes standards to evaluate the fire resistance of the piping
manufactured with vinyl compounds, with different chlorine contents, for buildings
sprinklers systems, verifying the relation amongst the results obtained with pressured
small sections of piping and submitted to a temperature rise, and the results obtained
from the real scale tests, simulating a fire situation with the samples in real scale
were exposed to the flames. Therefore, in the small sections of piping tests an
increase of the fire resistance proportional to the chlorine content of the compositions
increases occurred; in the real scale tests observed that the piping with degree
starting from 64 (degree related with to the chlorine contents) per cent supports the
exposition to the flames; the relation between the tests showed that piping
manufactured with vinyl compounds with fire resistance starting from 110 seconds of
the small sections of piping tests, also supports the established conditions in the real
scale tests. It was shown the possibility to employ the reduced scale test to evaluate,
previously, the fire resistance of the materials previous to the real scale tests, which
is more expensive and shows bigger difficulties to be done.
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LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Gráfico pareto de % de propagação de incêndio em escritórios, com relação à presença ou não de sistema de combate (Fonte: Thomas, 2004).............25
Figura 2: Tubulação de polipropileno para sistema de chuveiros automáticos .........40
Figura 3: Processo de junção entre tubo e conexão e ferramenta. (Fonte: Aquatherm GMBH – Catálogo Aquatherm Firestop, 2005)..........................................................40
Figura 4: Macromoléculas do polietileno normal e do polietileno reticulado..............42
Figura 5: Sistema de chuveiros automáticos REHAU Fire Protection System (Fonte: REHAU Incorporated) ...............................................................................................44
Figura 6: Tubo, conexão e montagem dos sistema denominado “Aquasafe®”..........45
Figura 7: Arranjo geral do ensaio de resistência ao fogo (Fonte: UL 1821/2003) .....51
Figura 8: “Cribe” IMO (Fonte: FM Global - Class Number 1635 Anexo G, 2005.) .....53
Figura 9: Conformação do foco padrão de incêndio denominado “crescimento rápido” antes da realização do ensaio (Fonte: Nam, 2005)...................................................54
Figura 10: Configuração do ensaio de exposição ao fogo (Fonte: BRE Certification–norma LPS 1260, 2002) ............................................................................................56
Figura 11: Uma das configurações do ensaio de exposição à chama de tubulações plásticas destinadas em sistemas de chuveiros automáticos....................................60
Figura 12: Foto da conformação do ensaio, antes de sua realização, conforme norma Class Number 1635 da FM (Fonte: Nam (2005)). .....................................................60
Figura 13: Fluxograma do controle de Qualidade na produção de Tubulação de CPVC (Fonte: Tomina, 1995). ...................................................................................62
Figura 14: Fluxograma do Programa da Qualidade de Tubulação de CPVC............63
Figura 15: Montagem dos corpos-de-prova ..............................................................67
Figura 16: Forno de ensaio e montagem do corpo-de-prova ....................................68
Figura 17: Foto do forno de ensaio ...........................................................................69
Figura 18: Foto do registrador digital de 10 (dez) canais ..........................................69
Figura 19: Foto do manômetro de pressão tipo “Bourdon”........................................70
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Figura 20: Esquema da instrumentação para aferição do forno de ensaio ...............71
Figura 21: Esquema da instrumentação para a realização dos ensaios ...................72
Figura 22: Montagem de tubulação para sistemas de chuveiros automáticos. .........76
Figura 23: Ensaio de resistência ao fogo em escala real de tubulação destinada para sistemas de chuveiros automáticos...........................................................................77
Figura 24: Fluxograma da metodologia de avaliação da resistência ao fogo de tubulações fabricadas com compostos vinílicos para sistemas de predias de chuveiros automáticos...............................................................................................78
Figura 25: Gráfico das temperaturas durante os ensaios em trechos de tubulações nos corpos-de-prova com o tubo vinílico Grau 64 .....................................................83
Figura 26: Foto do modo de ruptura dos corpos-de-prova sem carbonização inferior, após a execução do ensaio.......................................................................................84
Figura 27: Foto do modo de ruptura dos corpos-de-prova com carbonização inferior, após a execução do ensaio.......................................................................................84
Figura 28: Gráfico boxplot software Minitab® para os ensaios em trechos de tubulações (corpos-de-prova) com os diferentes compostos vinílicos ......................86
Figura 29: Equipamento para aferição do transdutor de pressão..............................87
Figura 30: Gráfico da elevação de pressão registrada na aferição do transdutor .....87
Figura 31: Gráfico de pressão durante o ensaio em escala real do corpo-de-prova com o tubo vinílico Grau 57.......................................................................................90
Figura 32: Gráfico de temperaturas durante o ensaio em escala real do corpo-de-prova com o tubo vinílico Grau 57............................................................................90
Figura 33: Gráfico de pressão durante o ensaio em escala real corpo-de-prova com o tubo vinílico Grau 64 – Ensaio 1.............................................................................92
Figura 34: Gráfico de temperaturas durante o ensaio em escala real do corpo-de-prova com o tubo vinílico Grau 64 – Ensaio 1 ...........................................................92
Figura 35: Gráfico de pressão durante o ensaio em escala real do corpo-de-prova com o tubo composto Grau 64 – Ensaio 2 ................................................................94
Figura 36: Gráfico de temperaturas durante o ensaio em escala real do corpo-de-prova com o tubo composto Grau 64 – Ensaio 2 ......................................................94
Figura 37: Gráfico de pressão durante o ensaio em escala real do corpo-de-prova com o tubo vinílico Grau 67.......................................................................................96
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Figura 38: Gráfico de temperaturas durante o ensaio em escala real do corpo-de-prova com o tubo vinílico Grau 67.............................................................................96
Figura 39: Gráfico de pressão durante o ensaio em escala real do corpo-de-prova com o tubo vinílico Grau 67 BMT ..............................................................................98
Figura 40: Gráfico de temperaturas durante o ensaio em escala real do corpo-de-prova com o tubo vinílico Grau 67 BMT ....................................................................98
Figura 41: Foto de um corpo-de-prova (região central) após a execução do ensaio de exposição ao fogo .....................................................................................................99
Figura 42: Foto do corpo-de-prova com a ruptura, após a execução do ensaio de exposição ao fogo .....................................................................................................99
Figura 43: Foto do vazamento na junção entre conexão "Tê" e tubo do corpo-de-prova com o tubo vinílico grau 64 (ensaio 2), após execução do ensaio de exposição ao fogo ....................................................................................................................100
Figura 44: Relação entre os resultados obtidos nos ensaios em trechos de tubulações e nos ensaios em tubulações em escala real .......................................101
Figura 45: Gráfico de incêndios ocorridos entre os anos de 1975 e 2003 (Fonte: Anuário Estatísticos 2003 do Corpo de Bombeiros do Estado de São Paulo) ........123
Figura 46: Gráfico de ocorrências de incêndios por mês, referente ao ano de 2003 (Fonte: Anuário Estatísticos 2003 do Corpo de Bombeiros do Estado de São Paulo)................................................................................................................................124
Figura 47: Corte dos tubos de CPVC (Fonte: catálogo de produto da Noveon, Inc. Blazemaster CPVC) ................................................................................................131
Figura 48: Ferramenta de chanfrar o tubo e tubo após a operação (Fonte: catálogo de produto da Noveon, Inc. Blazemaster CPVC) ....................................................131
Figura 49: Aplicação do adesivo solvente no tubo (Fonte: catálogo de produto da Noveon, Inc. Blazemaster CPVC) ...........................................................................132
Figura 50: Aplicação do adesivo solvente na conexão (Fonte: catálogo de produto da Noveon, Inc. Blazemaster CPVC) ...........................................................................132
Figura 51: União entre tubo e conexão (Fonte: catálogo de produto da Noveon, Inc. Blazemaster CPVC) ................................................................................................132
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Número de Ocorrências de Incêndios registradas nos Corpos de Bombeiros (Brasil - 2003)..........................................................................................22
Tabela 2: Civis e Bombeiros mortos ou feridos (Brasil - 2003)..................................22
Tabela 3: Resultados dos ensaios em trechos de tubulações...................................82
Tabela 4: Temperaturas durante os ensaios em trechos de tubulações (corpos-de-prova) com o tubo vinílico Grau 64 (médias).............................................................82
Tabela 5: Resultados da análise estatística dos ensaios em trechos de tubulações. Valores obtidos através do software Minitab® ...........................................................85
Tabela 6: Resultados da aferição do transdutor de pressão .....................................87
Tabela 7: Resultados dos ensaios em tubulações em escala real ............................89
Tabela 8: Valores de pressão e temperatura durante o ensaio de exposição ao fogo em escala real do corpo-de-prova com o tubo vinílico Grau 57 ................................89
Tabela 9: Valores de pressão e temperaturas durante o ensaio de exposição ao fogo em escala real do corpo-de-prova com tubo vinílico Grau 64–Ensaio 1 ...................91
Tabela 10: Valores de pressão e das temperaturas durante o ensaio de exposição ao fogo em escala real do corpo-de-prova com o tubo vinílico Grau 64 – Ensaio 2.......93
Tabela 11: Valores da pressão e das temperatura durante o ensaio de exposição ao fogo em escala real do corpo-de-prova com o tubo vinílico Grau 67 ........................95
Tabela 12: Valores da pressão e das temperatura durante o ensaio de exposição ao fogo em escala real do corpo-de-prova com o tubo vinílico Grau 67 BMT................97
Tabela 13: Avaliação conjunta dos resultados dos ensaios em trechos de tubulações e dos ensaios em tubulações em escala real..........................................................101
Tabela 14: Estatística dos incêndios ocorridos nos Estados Unidos no período de 1990 a 2004 e suas conseqüências (NFPA 2006). .................................................115
Tabela 15: Maiores causas de incêndios nos Estados em 2004 e suas causas (NFPA 2006). ......................................................................................................................116
Tabela 16: Perdas econômicas, mortes e feridos em incêndios ocorridos no Canadá no período de 1992 a 2001. ....................................................................................117
Tabela 17: Números dos incêndios ocorridos em 2001 no Canadá, pela classificação das edificações........................................................................................................117
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Tabela 18: Incêndios por localização e alarmes falsos, 1996-2004 (Fire Statisitcs, United kingdom 2004) .............................................................................................119
Tabela 19: Vítimas de incêndios (fatais e não fatais) pela sua localização, entre os anos de 1994 e 2004 (Fire Statisitcs, United kingdom 2004). .................................119
Tabela 20: Custos de perdas diretas na ocorrência de incêndios em alguns países (em bilhões, exceto o Japão - milhões), relacionados com a porcentagem do Produto Interno Bruto (PIB) de cada um deles, entre os anos de 2000 a 2002 (“World Fire Statistics – Geneva Association Information Newsletter, 2005”). ............................121
Tabela 21: Mortes ocorridas em incêndios ((World Fire Statistics – Geneva Association Information Newsletter, 2005) ..............................................................121
Tabela 22: Locais de incêndios em edificações, referente ao ano 2003 .................124
Tabela 23: Número de pessoas salvas e pessoas mortas em incêndios ocorridos em edificações no ano 2003..........................................................................................126
Tabela 24: Tempo de cura no processo de soldagem (união) de tubos e conexões................................................................................................................................133
Tabela 25: Distribuição F de Snedecor para nível de significância 5% (Fonte: Costa Neto (2002)) ............................................................................................................134
Tabela 26: Espessuras de parede e diâmetros externos dos tubos........................135
Tabela 27: Caracterização dos materiais através dos ensaios de temperatura de amolecimento “Vicat”, densidade e teor de cinzas ..................................................136
Tabela 28: Padrões obtidos para verificação do teor de cloro nos diferentes compostos vinílicos. ................................................................................................137
Tabela 29: Teor de cloro obtido no ensaio de Espectrometria de Fluorescência de Raios-X dos diferentes compostos vinílicos e valores teóricos ...............................137
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM – American Society for Testing and Materials
ANSI – American National Standards Institute
AS – Australian Standards
BRE – Building Research Establishment Limited
CPVC – Poli (Cloreto de Vinila) clorado
DCE – dicloro etano
DN – diâmetro nominal
DIN – Deutsches Institut für Normung
PPFA – Plastic Pipe and Fittings Association
ISO – International Standard Organization
IMO – International Maritime Organization
IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo
FM – Factory Mutual
LPCB – Loss Prevention Certification Board
LPS – Loss Prevention Standards
NBR – Norma Brasileira
NFPA – National Fire Protection Association
NIST – National Institute of Standards and Technology
PB – Polibutileno
PE – Polietileno
PEX – Polietileno Reticulado
PP – Polipropileno
PPI – Plastic Pipe Institute
PPFA – Plastics Pipe and Fittings Association
PPR – Polipropileno copolímero randômico
PVC – Poli (cloreto de vinila)
P&D – Pesquisa e Desenvolvimento
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MVC – mono cloreto de vinila
NM – Norma Mercosul
SFP – Simulated furniture package
SENASP – Secretaria Nacional de Segurança Pública
UL – Underwriters Laboratories
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LISTA DE SÍMBOLOS
°C graus Celsius
H0 hipótese
n tamanho da amostra
k populações
µ média da população
α nível de significância
σ² variância da população
ijx j-ésimo valor da i-ésima amostra de n elementos.
2Ts estimativa total 2Es estimativa entre amostras 2Rs estimativa residual
T soma total dos valores
iT soma dos valores i-ésima amostra
Q soma total dos quadrados
iQ soma dos quadrados dos valores da i-ésima amostra
SQT soma de quadrados total correspondente ao numerador 2Ts
SQE soma de quadrados entre amostras correspondente ao numerador 2Es
SQR soma dos quadrados residual correspondente ao numerador 2Rs
F teste F
α),1(,1 −− nkkF F crítico
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SUMÁRIO
RESUMO
ABSTRACT
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
LISTA DE TABELAS
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
LISTA DE SÍMBOLOS
1. INTRODUÇÃO................................................................................................19
2. OBJETIVOS ...................................................................................................29
3. DESENVOLVIMENTO E QUALIDADE DAS TUBULAÇÕES PLÁSTICAS
PARA SISTEMAS DE CHUVEIROS AUTOMÁTICOS...................................31
3.1. Materiais plásticos utilizados na fabricação de tubulações para sistemas de
chuveiros automáticos para extinção de incêndio..........................................31
3.1.1. Sistemas de chuveiros automáticos para extinção de incêndio com tubulações
de compostos vinílicos.................................................................33
3.1.2. Sistema de chuveiros automáticos para extinção de incêndio com tubulações
de outros materiais plásticos..........................................................................38
3.2. Normas de tubos e conexões plásticas para sistema de chuveiros
automáticos.....................................................................................................46
3.2.1. Normas da National Fire Protection Association (NFPA) .........................46
3.2.2. Norma do Underwriters Laboratories UL 1821...............................................49
3.2.3. Norma da Factory Mutual Class Number 1635 ..............................................51
3.2.4. Norma da Loss Prevention Standard LPS-1260.............................................55
3.2.5. Norma Australiana AS 4118.2.1......................................................................56
3.2.6. Norma Brasileira NBR 10897..........................................................................57
3.3. Estudos recentes sobre sistemas de chuveiros automáticos para extinção de
incêndios.........................................................................................................59
3.3.1. Ensaios de fogo para avaliar os tubos de CPVC utilizados em sistemas de
chuveiros automáticos sem proteções (barreiras resistentes ao fogo)...........59
3.3.2. Programa de qualidade para as tubulações de CPVC destinadas ao emprego
em sistemas de chuveiros automáticos..........................................................61
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4. METODOLOGIA PARA AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA AO FOGO DE
TUBULAÇÕES FABRICADAS COM COMPOSTOS VINÍLICOS..................65
4.1. Caracterização dos materiais utilizados na avaliação.....................................65
4.2 Ensaios em trechos de tubulações .................................................................67
4.2.1. Equipamento de ensaio (forno).......................................................................68
4.2.2. Equipamentos e sensores para medições ......................................................69
4.2.3. Instrumentação para aferição do equipamento de ensaio ..............................70
4.2.4. Instrumentação para realização dos ensaios nas tubulações.........................70
4.2.5. Análise estatística ..........................................................................................73
4.3. Ensaios em tubulações em escala real...........................................................75
5. RESULTADOS E AVALIAÇÕES DOS ENSAIOS DE RESISTÊNCIA AO
FOGO NAS TUBULAÇÕES FABRICADAS COM COMPOSTOS
VINÍLICOS......................................................................................................79
5.1. Resultados da caracterização dos materiais e classificação dos corpos-de-
prova utilizado na avaliação...........................................................................79
5.2. Resultados dos ensaios em trechos de tubulações.......................................80
5.2.1. Resultados da aferição do equipamento (forno) de ensaio............................81
5.2.2. Resultados dos ensaios nos strechos de tubulação......................................81
5.2.3. Avaliação dos resultados obtidos nos ensaios em trechos de tubulações.....83
5.3. Resultados dos ensaios em tubulações em escala real.................................86
5.3.1. Resultados da aferição do transdutor de pressão..........................................87
5.3.2. Resultados dos ensaios nas tubulações selecionadas..................................88
5.3.3. Avaliação dos resultados obtidos nos ensaios em escala real.......................98
5.4. Avaliação conjunta e relação entre os resultados obtidos nos ensaios em
trechos de tubulações e nos ensaios em tubulações em escala
real................................................................................................................100
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS .........................................................................103
6.1. Sobre a pesquisa..........................................................................................103
6.2. Proposta de temas para continuidade da pesquisa......................................105
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................107
ANEXO A – Estatísticas de Incêndios.....................................................................114
ANEXO B – Casos estudados.................................................................................127
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ANEXO C – Informações técnicas sobre a união entre tubos e conexões de
CPVC............................................................................................................131
ANEXO D – Tabela de distribuição F de Snedecor para nível de significância
5%.................................................................................................................134
ANEXO E – Informações técnicas dos materiais utilizados fabricação dos corpos-de-
prova.............................................................................................................135
APÊNDICE A – Tabela e gráfico de aferição do forno para ensaios em trechos de
tubulações....................................................................................................138
APÊNDICE B – Tabelas e gráficos dos ensaios em trechos de tubulações...........140
APÊNDICE C – Resultados das análises estatísticas obtidos através o software
Minitab®.......................................................................................................166
APÊNDICE D – Tabelas e gráficos dos ensaios de estanqueidade dos corpos-de-
prova antes de depois da execução do ensaio de exposição ao fogo.........175
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1. INTRODUÇÃO
A ocorrência de um incêndio, que pode ser tanto de caráter acidental como
intencional, pode causar tragédias irreparáveis, sendo a principal delas a perda de
vidas humanas, que ocorrem geralmente de maneira violenta e trágica aos olhos da
sociedade. Além das perdas de vidas humanas, os incêndios podem provocar o
ferimento de grande número de pessoas. Outro aspecto negativo, que surge como
conseqüência deste evento, são as perdas econômicas (danos à propriedade,
paralisação de atividades, custo de reorganização, custo com pessoas feridas e
mortas, etc.), as quais representam uma ameaça significativa ao potencial
econômico de uma nação, já que o incêndio é o tipo de acidente com capacidade de
provocar um grande volume de perdas.
Frente à ameaça representada pelo incêndio e para reduzir seus efeitos
devastadores faz-se necessário implementar, para todo o tipo de edificação, a
segurança contra o incêndio, possibilitando uma maior probabilidade de evitar
perdas de vidas humanas e econômicas. Para isso, vários aspectos devem ser
levados em conta, tais como: a criação de regulamentações e normalizações;
educação das pessoas em segurança contra incêndios; aplicação dos conceitos de
sistema global de segurança contra incêndio nos projetos arquitetônicos das
edificações ¹, um maior uso e manutenção de sistemas de combate ao incêndio,
fiscalização e as práticas do uso de planos de escape da edificação, formação de
brigadas, pesquisas e estatísticas, entre outros.
Segundo Berto (1991):
“A segurança contra incêndio é um objetivo que deve ser perseguido durante todas as etapas envolvidas no processo produtivo e no uso da edificação. Deve ser considerada desde a concepção e o desenvolvimento do anteprojeto do edifício, passando pelo projeto e construção e adentrando a fase de operação e manutenção dos edifícios. Em nenhuma destas fases o problema do incêndio deve ser menosprezado, sob o risco de serem introduzidas inconveniências funcionais, dispêndios excessivos e níveis inadequados de segurança contra incêndio”.
____________ 1 Os conceitos de sistema global de segurança contra incêndio está definido em Berto (1991).
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Harmathy (1984) conceitua edifício seguro contra incêndio da seguinte maneira:
“Um edifício seguro contra incêndio pode ser conceituado como aquele onde há alta probabilidade de que todos os ocupantes sobrevivam a um incêndio sem sofrer qualquer ferimento e, no qual, os danos à propriedade serão confinados às vizinhanças imediatas do local em que se iniciou. Esta definição pode ser ampliada para todos os ambientes onde houver concentrações de pessoas”.
Ainda, a garantia da segurança contra incêndio depende de um conjunto de
sistemas relacionados a diferentes momentos do desenvolvimento do incêndio.
Assim, devem ser adotadas medidas para limitar o risco de surgimento do foco de
incêndio, medidas para não ocorrer condições propícias para o rápido crescimento
do incêndio, medidas para a extinção do incêndio em sua fase inicial, medidas para
limitar a propagação do incêndio do edifício para edifícios vizinhos, medidas para
garantir o abandono seguro do edifício, medidas para evitar o colapso estrutural e
medidas para dar chances de sucesso para as ações do Corpo de Bombeiros.
Naturalmente as ações do Corpo de Bombeiros podem tardar a se iniciar e o
controle do incêndio em seu estágio inicial, que é o desejável, depende do
funcionamento das duas categorias dos sistemas de segurança contra incêndio,
sendo a primeira classificada como sistemas de segurança contra incêndio de
proteção ativa e a segunda como sistemas de segurança contra incêndio de
proteção passiva.
A primeira categoria pode ser entendida como aquela, em que, em face da
ocorrência do incêndio, o sistema responde aos seus estímulos de forma manual ou
automática (como por exemplo, extintores, hidrantes, chuveiros automáticos etc.). A
segunda categoria pode ser entendida como aquela em que o sistema não reage
ativamente aos estímulos do incêndio, mas de forma passiva e tem como algumas
características: evitar a rápida propagação de chama, não permitir o colapso
estrutural, garantir de forma íntegra a evacuação da edificação, etc. (ex.
compartimentação horizontal ², compartimentação vertical ³, controle de materiais de ____________ 2 compartimentação horizontal – definida como medida de proteção passiva, constituída de elementos construtivos resistentes ao fogo, separando ambientes, de tal modo que o incêndio fique contido no local de origem e evite a sua propagação no plano horizontal. 3 compartimentação vertical – definida como medida de proteção passiva, constituída de elementos construtivos resistentes ao fogo, separando ambientes, de tal modo que o incêndio fique contido no local de origem e evite a sua propagação no plano vertical.
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revestimento e acabamento, etc.). Ainda, a primeira categoria pode ser dividida em
duas subcategorias, a primeira sob comando e a segunda automática, na qual inclui
o sistema de chuveiros automático de extinção de incêndio.
Em suma, os propósitos específicos da segurança contra incêndio abrangem a
obtenção de níveis adequados de segurança da vida humana, de segurança da
propriedade atingida e da segurança das propriedades adjacentes. Estes níveis
devem ser atingidos com a implantação de ações que visem evitar o surgimento do
sinistro, possibilitar sua extinção e reduzir seus efeitos antes da chegada do Corpo
de Bombeiros.
Os propósitos da segurança contra incêndio nas edificações são alcançados pela
implantação das seguintes atividades:
• Controle da natureza e da quantidade de materiais combustíveis constituintes e
contidos nos edifícios;
• Compartimentação interna;
• Proteção e resistência ao fogo da estrutura do edifício;
• Separação adequada entre edificações;
• Sistemas de detecção e alarme de incêndio;
• Sistemas de chuveiros automáticos para extinção de incêndio;
• Equipamentos manuais para combate (extintores, mangueiras, etc.);
• Rotas de escape e dispositivos para controle do movimento da fumaça;
• Controle das fontes de ignição e riscos de incêndios;
• Acesso aos equipamentos de combate ao incêndio;
• Treinamento de pessoal habilitado a combater um princípio de incêndio e
coordenar o abandono seguro da população de um edifício;
• Gerenciamento e manutenção dos sistemas de proteção contra incêndios;
• Controle dos danos ao meio ambiente decorrentes de um incêndio.
A importância da preocupação com a ocorrência de incêndios e das necessidades
da implantação das ações que visem a extinção do fogo ou, pelo menos a contenção
deste, pode ser percebido pelos dados da Tabela 1, que apresenta o número de
ocorrências de incêndios registradas no Brasil pelos Corpos de Bombeiros no ano de
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2003. Já a Tabela 2 indica o número de feridos e mortos, tanto bombeiros como
civis, devido à ocorrência de incêndios. Os dados das Tabelas 1 e 2 foram obtidos
do Relatório Descritivo da Secretaria Nacional de Segurança Pública (SENASP).
Outros dados estatísticos de incêndios estão contidos no Anexo A, que apresenta os
números destes incêndios e suas causas (mortes, danos às propriedades, feridos,
etc.) em diversos países.
Tabela 1: Número de Ocorrências de Incêndios registradas nos Corpos de Bombeiros (Brasil - 2003)
Tipos de Ocorrências Número de ocorrências registradasTotal de Incêndios 137779Incêndio em residência 32316Incêndio em comércio 9238Incêndio em hospital 254Incêndio em creche e escola 443Incêndio em escola de ensino médio e superior 168Incêndio em boate 66Incêndio em teatro e cinema 26Incêndio em depósitos de combustíveis 78Incêndio florestal em área de preservação 14527Incêndio florestal fora de área de proteção 30233Incêndio em veículos 10629Incêndio em embarcações 30Incêndio em aeronaves 16Incêndio ferroviário 209Vazamento de GLP 6328Incêndio em outros 33218 Fonte: Tabela CB.64 do relatório Descritivo da Secretaria Nacional de Segurança Pública (SENASP), pg.38
Tabela 2: Civis e Bombeiros mortos ou feridos (Brasil - 2003)
Civis e Bombeiros Mortos ou Feridos Número de Civis e Bombeiros mortos ou Feridos Pessoas mortas em incêndios 189Pessoas mortas em acidentes de trânsito 5675Pessoas mortas por afogamento 1222Pessoas mortas em outros tipos de acidentes 10577Bombeiros mortos em serviço 8Bombeiros feridos em serviço 115Bombeiros mortos fora do serviço 7 Fonte: Tabela CB.68. do relatório Descritivo da SENASP, pg.38
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Os dados apresentados na Tabela 1 apontam que das 137.779 ocorrências de
incêndios registradas em 2003 no território brasileiro, 42.589 (aproximadamente
31%) foram em edificações. Já a Tabela 2 apresenta um total de 197 pessoas, entre
Bombeiros e Civis, mortas. Os dados estatísticos indicados tendem a ser maiores,
isto pelo fato destes estarem somente relacionados com as atividades realizadas
pelos Corpos de Bombeiros, ou seja, em muitos casos os números de incêndios e
suas conseqüências não são computados, em função da não comunicação da
ocorrência e de muitas localidades não possuírem esta corporação.
Os dados estatísticos mostram que a ocorrência de incêndios em edificações é mais
comum do que se imagina, indicando a importância da aplicação de sistemas de
segurança contra incêndios para evitar catástrofes de proporções imensuráveis,
como, as perdas de vida humana. Um desses sistemas é o de chuveiros
automáticos para extinção de incêndios.
O chuveiro automático é conceituado na NBR 10897 (ABNT, 1990) como:
“Um dispositivo para extinção ou controle de incêndios que funciona automaticamente quando seu elemento termo-sensível é aquecido à sua temperatura de operação ou acima dela, permitindo que a água seja descarregada sobre uma área específica”.
Já o sistema de chuveiros automáticos é conceituado como:
(...) sistema integrado de tubulações aéreas e subterrâneas alimentado por um ou mais abastecimentos automáticos de água. A parte do sistema de chuveiros automáticos acima do piso consiste de uma rede de tubulações dimensionada por tabelas ou por cálculo hidráulico, instalada em edifícios, estruturas ou áreas, normalmente junto ao teto, à qual são conectados chuveiros segundo um padrão regular. A válvula que controla cada coluna de alimentação do sistema deve ser instalada na própria coluna ou na tubulação que a abastece. Cada coluna de alimentação de um sistema de chuveiros automáticos deve contar com um dispositivo de acionamento de alarme. O sistema é normalmente ativado pelo calor do fogo e descarrega água sobre a área de incêndio.
Diversos estudos sobre os sistemas de chuveiros automáticos para o combate ao
incêndio nas edificações mostraram a importância de sua utilização. Pode-se citar o
estudo de Nash e Young (1978) onde foi observada durante três anos e meio a
ocorrência de 661 incêndios em edificações de ocupações diversas. Concluiu-se
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que, em 654 casos, o sistema de chuveiros automáticos conseguiu extinguir o
incêndio.
Mais recentemente, Thomas (2002) apresenta a efetividade dos sistemas e
componentes utilizados para a segurança contra incêndio nas edificações, sendo
estes os sistemas de combate por proteção ativa, por exemplo, sistemas de
chuveiros automáticos, e de proteção passiva, por exemplo, portas corta-fogo.
Através de dados históricos de incêndios ocorridos nos Estados Unidos, o autor
estima os níveis de efetividade 4 dos vários sistemas de segurança ao fogo em
função da propagação de chama (até onde o incêndio avançou), do número de
feridos e mortos (civis e bombeiros) e das perdas econômicas. É então estabelecido
a segurança contra incêndio da edificação como objetivo e através dos dados
estatísticos e históricos de incêndios ocorridos, propõe uma avaliação da efetividade
dos sistemas e componentes de segurança contra incêndio. Para a avaliação são
analisados os sistemas de chuveiros automáticos contra incêndios, os sistemas de
detectores de incêndios e sistemas de proteção contra incêndio das estruturas das
edificações.
A avaliação é feita na ausência dos três sistemas, identificado pelo código NNN, até
todos os sistemas presentes, identificado pelo código YYY. A primeira letra do
código estabelece a presença ou ausência do sistema de chuveiros automáticos, a
segunda de detectores e a terceira de construções com estruturas protegidas. Isto
significa que, o código YNN é uma edificação protegida com sistema de chuveiros
automáticos e ausência de detectores e proteção.
____________ 4 Segundo Thomas (2002), um sistema efetivo é obtido com a combinação de dois fatores. O primeiro é a eficácia, que é entendida como a capacidade do sistema operar para aquilo que foi projetado, ou seja, alcançar os objetivos estabelecidos. O segundo é a confiabilidade, que é entendida como a probabilidade que o sistema opera quando requerido. Assim, a efetividade, com a combinação de eficácia e confiabilidade, depende do objetivo a ser considerado.
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A Figura 1 apresenta o resultado obtido para uma edificação de escritório. O eixo
das abscissas corresponde à presença ou ausência dos sistemas e componentes e
o eixo das ordenadas corresponde à porcentagem da propagação de incêndio além
do local de origem.
Escritórios
0
5
10
15
20
25
30
35
40
NNN NNY NYN YNN NYY YYN YNY YYY
Códico do sistema de incêndio (SDC)
% d
e pr
opag
ação
do
incê
ndio
Figura 1: Gráfico pareto de % de propagação de incêndio em escritórios, com
relação à presença ou não de sistema de combate (Fonte: Thomas, 2004).
A conclusão obtida pelo autor, após todos os resultados, foi que os sistemas de
chuveiros automáticos são, geralmente, mais efetivos em reduzir a propagação do
incêndio e, consequentemente, propiciaram menor número de mortes, lesões em
bombeiros e perdas de propriedades, do que sistemas de detectores e sistemas de
proteção contra incêndio das estruturas das edificações
Desta forma, em se tratando de proteção ativa por chuveiros automáticos em
edificações, um projeto bem definido de combate ao incêndio e a utilização de
materiais adequados devem ser estudados, avaliados e implementados de maneira
a estabelecer condições adequadas de segurança à edificação. Até 2005, no Brasil,
somente materiais metálicos (aço e cobre) eram permitidos na fabricação de tubos e
conexões para sistemas de chuveiros automáticos. Novos materiais, em especial
plásticos, estão no escopo da revisão de 2006 da norma brasileira NBR 10897
(ABNT, em consulta pública) para serem utilizados em edificações classificadas
como risco leve 5, desde que sejam avaliados através de ensaios laboratoriais e
programas da qualidade.
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Os materiais plásticos utilizados na fabricação de tubulações, para diversos sistemas
prediais (água fria, água quente, esgoto sanitário, etc.), já são aceitos, devido suas
características propiciarem vantagens sobre outros materiais (aço, ferro, cobre, etc.),
a saber: facilidade de manipulação, resistência a substâncias químicas, resistência à
corrosão, flexibilidade, entre outras. Assim, para que tais vantagens sejam também
aproveitadas nos sistemas prediais de chuveiros automáticos para combate ao
incêndio, há a necessidade do desenvolvimento dos materiais destinados na
fabricação de tubulações, para que seja possível, cada vez mais, facilitar a execução
destes sistemas, principalmente para edificações já existentes que necessitem da
adequação as novas leis e regulamentações.
Além de avaliações realizadas por ensaios laboratoriais, todos os processos
envolvidos para aplicação de novos materiais nos sistemas prediais necessitam de
programas da qualidade, de maneira a suprir as necessidades e dificuldades do
mercado, principalmente, em relação às práticas comerciais de produtos que não
atendam as especificações de desempenho. Na área de segurança contra incêndio
esta garantia tem importância especial, pois o funcionamento correto dos sistemas
resulta de uma probabilidade maior de se evitar perdas de vida humana e grandes
perdas de bens materiais.
Nos programas de garantia da qualidade para o emprego de inovações tecnológicas,
(neste caso é a utilização de materiais plásticos nos sistemas de chuveiros
automáticos de combate ao incêndio), são estabelecidos procedimentos de controle
dos materiais, de controle de produção dos produtos, de instalações, de
periodicidade de avaliações (ensaios), entre outras atividades. Não é foco de a
pesquisa aprofundar este assunto, mas como as avaliações estão intimamente
ligadas a programas de qualidade e a aplicação de novos materiais como inovações
tecnológicas, este será superficialmente abordado.
____________ 5 Segundo a norma NBR 10897 (ABNT, 1990), edificações com risco leve compreendem as ocupações ou parte das ocupações onde a quantidade e/ou a combustibilidade do conteúdo (carga incêndio) é baixa tendendo a moderada e onde é esperada baixa a média taxa de liberação de calor. Carga Incêndio de 15Kg/m² (285MJ/m²) a 140Kg/m²(2660MJ/ m²).
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Sabe-se que, por um lado as inovações trazem novas alternativas para melhoria na
área, por outro lado a falta de especificações e critérios e o desconhecimento dos
profissionais com relação à utilização de novos produtos e técnicas, frequentemente
não resulta na obtenção dos resultados esperados, aumentando assim a incidência
de manifestações patológicas na construção. Este fato é um alerta para a introdução
de novos materiais na fabricação de tubos e conexões destinados aos sistemas de
chuveiros automáticos para extinção de incêndios, pois caso este produto seja
fabricado de forma inadequada, perde-se a possibilidade de se tirar proveito de suas
vantagens, comprometendo a sua aplicação na área.
Para garantir a qualidade destes novos materiais, Tomina (1995) propôs em seu
estudo a implantação de um programa da qualidade para as tubulações de Poli
(Cloreto de Vinila) Clorado (CPVC) empregadas em sistemas de chuveiros
automáticos. A pesquisa foi destinada diretamente às tubulações de CPVC, porém
pode-se extrapolar para todos os materiais plásticos e suas possíveis composições.
Portanto, a garantia da qualidade é um elemento essencial para o emprego de novos
materiais em projetos de sistemas de chuveiros automáticos para extinção de
incêndios, sendo de extrema necessidade a implantação de normalização que
estabeleça requisitos e avaliações de desempenho.
Colocadas as considerações sobre segurança contra incêndio, sobre a importância
dos sistemas de segurança e sobre a implantação de novos materiais para a
fabricação de tubulações destinadas aos sistemas de chuveiros automáticos para
extinção de incêndio (preocupações, programas da qualidade, avaliações e normas),
avaliações de desempenho de novos materiais utilizados na fabricação de
tubulações para sistemas prediais de proteção por chuveiros automáticos devem ser
realizados, de maneira a comprovar a sua eficácia, para que, em uma eventual
solicitação de seu funcionamento, opere de maneira a controlar e/ou extinguir o
incêndio, objetivando salvaguardar as vidas humanas e evitar perdas econômicas.
Uma destas avaliações é a capacidade dos materiais utilizados nas tubulações, que
neste trabalho são os compostos vinílicos, resistir ao fogo.
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Lembrar-se-á que a idéia deste estudo não é a substituição dos materiais existentes,
mas sim possibilitar alternativa aos projetistas na execução dos sistemas de
combate ao incêndio por chuveiros automáticos. Para que isto seja possível faz-se
necessário demonstrar o desempenho satisfatório dos materiais frente às condições
de uso, ou seja, durante a ocorrência de um incêndio que estes funcionem
adequadamente sem romper, separar ou vazar e manter o(s) chuveiro(s)
automático(s) em operação, de modo a contribuir para o controle e, possivelmente, a
extinção do incêndio.
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2. OBJETIVOS
O objetivo principal deste trabalho é estabelecer critério para avaliar a resistência ao
fogo de tubulações fabricadas com compostos vinílicos, com diferentes teores de
cloro, empregadas em sistemas prediais de chuveiros automáticos para extinção de
incêndios, verificando o relacionamento entre os resultados obtidos nos ensaios
realizados em trechos de tubulações pressurizados e submetidos a uma elevação de
temperatura e os resultados observados nos ensaios realizados em tubulações em
escala real expostas diretamente às chamas, simulando uma situação de incêndio.
O relacionamento entre os ensaios tem como propósito permitir a seleção dos
compostos vinílicos, que podem ser utilizados em tubulação para sistemas de
chuveiros automáticos, através dos resultados dos ensaios em trechos de
tubulações, diminuindo o número de ensaios em escala real, ou seja, avaliar,
preliminarmente, a capacidade dos materiais em resistir ao fogo nos ensaios em
trechos de tubulações antes de serem submetidos ao ensaio em escala real, o qual
apresenta maiores custos envolvidos e dificuldades na sua execução.
Os objetivos específicos que se pretende alcançar neste trabalho são
• Desenvolver o método de ensaios em trechos de tubulações, com a finalidade de
avaliar os diferentes compostos vinílicos empregados nos corpos-de-prova,
através do tempo de ruptura em função de uma elevação de temperatura;
• Estabelecer a relação entre o aumento do teor de cloro dos diferentes compostos
utilizados nos corpos-de-prova, com a capacidade de resistir à exposição de
elevação de temperatura, através dos ensaios em trechos de tubulações;
• Aplicar a metodologia para tubulações com diferentes compostos vinílicos no
ensaio de escala real, levando em consideração: a vazamentos durante o
período de 10 minutos de exposição ao fogo, operação adequada dos chuveiros
automáticos durante o ensaio e vazamentos após o ensaio de exposição ao
fogo.
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Como objetivo complementar o trabalho visa obter e disponibilizar informações para
que os materiais plásticos, em especial os compostos vinílicos, se desenvolvam no
contexto nacional, de forma a fornecer dados para produtores e informações para as
os consumidores, considerando ser uma aplicação inovadora no Brasil.
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3. DESENVOLVIMENTO E QUALIDADE DAS TUBULAÇÕES PLÁSTICAS
PARA SISTEMAS DE CHUVEIROS AUTOMÁTICOS
Este cápitulo apresenta uma revisão bibliográfica fundamentada em normas,
regulamentações e especificações de materiais plásticos destinados à fabricação de
tubulações empregadas em sistemas de chuveiros automáticos para extinção de
incêndio em edificações. Mostra o desenvolvimento dos materiais plásticos para
estes sistemas e a necessidade da aplicação de programas da qualidade. Portanto,
são apresentados os materiais utilizados no sistema, as principais normas que
regem a aplicação destes, estudo para avaliar o comportamento das tubulações em
situação de incêndio e o estudo sobre um programa da qualidade.
3.1. Materiais plásticos utilizados na fabricação de tubulações para sistemas
de chuveiros automáticos para extinção de incêndio
A facilidade de manipulação (montagem e manutenção), a resistência a substâncias
químicas, a resistência à corrosão e a flexibilidade são algumas características
importantes a serem consideradas na adoção de tubulações de materiais plásticos 6
para os sistemas prediais.
De acordo com Mruk (2004), a excelente resistência a substâncias químicas é a
principal razão do crescimento do uso de tubos plásticos em praticamente todas as
tipologias da indústria, incluindo a farmacêutica, química, alimentação, papel,
eletrônica, petrolífera, água, mineração, geração de energia e siderúrgica. Com o
reconhecimento geral de suas outras características (facilidade de manipulação,
durabilidade e economicamente vantajoso), tubos plásticos têm se tornado
largamente aceito para uma vasta gama de aplicações, sendo o seu maior uso em
sistemas prediais de água quente e fria, esgoto sanitário e eletrodutos.
____________ 6 Plásticos são definidos como os materiais cujo constituinte fundamental é um polímero, principalmente orgânico e sintético, sólido em sua condição final (como produto acabado) e que em alguma fase de sua produção foi transformado em fluído, adequado à moldagem por ação do calor e/ou pressão.
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Tubo plástico é um termo indefinido, assim como tubo metálico. Como os produtos
metálicos, tubos plásticos são feitos de uma variedade de materiais, possuindo uma
larga gama de propriedades e características. As variedades nas propriedades dos
plásticos são derivadas não somente da composição química da resina sintética
básica, ou polímero, mas também são determinadas pelo tipo e quantidade de
aditivos 7, da natureza dos reforços e do processo de fabricação.
As vantagens dos tubos plásticos, segundo Willoughby (2004), são:
• Resistência à corrosão: Materiais plásticos utilizados em tubulações
são mais resistentes à corrosão do que os materiais metálicos, pois são
mais resistentes às substâncias químicas;
• Facilidade de manipulação: Materiais plásticos utilizados em
tubulações são mais leves que muitos outros materiais e,
consequentemente, não requerem grande ferramentário para sua
manipulação. Cortes, junções e instalações de tubulações plásticas são
mais simples que a de outros materiais.
• Flexibilidade e dureza: Muitos materiais plásticos utilizados em
tubulações são flexíveis, o que é uma característica importante para
aplicações ocultas. O tubo pode seguir contornos e transições naturais ao
redor de obstáculos, reduzindo o número de conexões.
• Hidráulica excelente: Materiais plásticos utilizados em tubulações
possuem parede lisa, a qual propicia um escoamento da água com mais
efetividade;
• Vida útil longa: Tubos plásticos têm excelente resistência à corrosão, a
qual propicia um sistema com uma vida útil longa. Através das vantagens apresentadas e devido ao desenvolvimento de pesquisas
com os materiais plásticos, principalmente relacionados com o desenvolvimento da
capacidade de resistir às altas temperaturas, as tubulações plásticas se tornaram
uma alternativa para a aplicação em sistemas de chuveiros automáticos para
extinção de incêndios. Porém, estas são permitidas com as seguintes limitações:
____________ 7 Aditivos (em polímeros) são materiais adicionados como componentes auxiliares dos plásticos e/ou das borrachas. A inclusão de aditivos nas formulações de plásticos ou de borrachas visa uma ou mais aplicações específicas como, por exemplo, baixar custos, facilitar o processamento, colorir, etc.
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• Sistemas de chuveiros automáticos de tubulação molhada, ou seja, tubulação
que contém água e conectada a uma fonte de abastecimento, de maneira que
a água seja descarregada imediatamente pelos chuveiros automáticos
quando abertos pelo calor de um incêndio;
• Ocupações de risco leve, ou seja, ocupações ou parte das ocupações onde a
quantidade e/ou a combustibilidade do conteúdo (carga incêndio) é baixa
tendendo a moderada e onde é esperada baixa a média taxa de liberação de
calor (Ex.: residências, hotéis, escritórios, escolas, etc.);
• Onde os tubos e conexões são completamente separados por barreiras de
proteção resistentes ao fogo (Ex: forros), ou seja, os tubos e conexões não
devem estar expostos diretamente às chamas. Estas barreiras de proteção
são estabelecidas com a finalidade de evitar as deformações térmicas e,
conseqüentemente, a não operacionalidade do sistema durante um possível
incêndio.
Estas limitações são estabelecidas em normas da National Fire Protection
Association (NFPA), da Factory Mutual (FM), do Underwriters Laboratories (UL), do
Loss Prevention Certification Board (LPCB), da Associação Brasileira de Normas
Técnicas (ABNT), entre outras. Algumas destas normas, que especificam quais os
requisitos para as aplicações destes materiais, são apresentadas na subseção 3.2.
Apresentar-se-á na seqüência os materiais plásticos empregados, atualmente, em
tubulações destinadas em sistemas de chuveiros automáticos para extinção de
incêndios. A apresentação é iniciada com a utilização de compostos vinílicos, Poli
(Cloreto de Vinila) (PVC) e (Poli (Cloreto de Vinila) clorado) (CPVC), para a
fabricação de tubulações destinadas aos sistemas e, logo após, com outros
materiais, Polipropileno Randômico (PPR) e Polietileno Reticulado (PEX).
3.1.1. Sistemas de chuveiros automáticos para extinção de incêndio com
tubulações de compostos vinílicos
Esta subseção explana sobre compostos vinílicos utilizados na fabricação de
tubulações destinadas aos sistemas de chuveiros automáticos para extinção de
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incêndios, apresentando as características dos materiais (obtenção, classificação
química, etc.) e características do sistema de chuveiros automáticos com estas
tubulações (montagem, aplicação, etc.).
Segundo o Instituto do PVC (2007), o material PVC é um plástico não 100%
originário do petróleo, contendo, em peso, 57% de cloro (derivado do cloreto de
sódio - sal de cozinha) e 43% de eteno (derivado do petróleo).
A partir do sal marinho e pelo processo de eletrólise obtém-se o cloro, soda cáustica
e hidrogênio. A eletrólise é a reação química resultante da passagem de uma
corrente elétrica por água salgada (salmoura). Assim se dá a obtenção do cloro, que
representa, aproximadamente, 57% da resina de PVC produzida.
O petróleo, que representa, aproximadamente, 43% desta resina, primeiro passa por
uma processo de destilação do óleo cru, obtendo-se aí a nafta leve, que pelo
processo de craqueamento catalítico (quebra de moléculas grandes em moléculas
menores com a ação de catalisadores para aceleração do processo), gera o eteno.
Tanto o cloro como o eteno estão na fase gasosa e eles reagem produzindo o
dicloro etano (DCE). A partir do DCE, obtém-se o mono cloreto de vinila (MVC),
unidade básica do polímero. O polímero é formado pela repetição da estrutura
monomérica. As moléculas de MVC são submetidas ao processo de polimerização 8,
ou seja, elas vão se ligando formando uma molécula muito maior, conhecida como
PVC (policloreto de vinila), que é um pó muito fino, de cor branca, e totalmente
inerte.
O PVC é produzido em quantidades imensas porque é muito versátil. Pode ser
misturado a muitos aditivos de maneira que suas propriedades aderem-se a diversas
aplicações.
____________ 8 Polimerização é o conjunto de reações químicas que levam monômeros a formar polímeros. Os principais processos de polimerização, do ponto de vista tecnológico, podem ser diferenciados em polimerização em cadeia e polimerização em etapas.
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De acordo com Canevarolo (2002), o PVC é classificado como:
Quanto à estrutura química – polímeros de cadeia carbônica (Polímeros
Clorados);
Quanto ao método de preparação – polímeros de adição;
Quanto ao comportamento mecânico – plásticos (termoplásticos);
Quanto ao desempenho mecânico – termoplásticos convencionais.
Não se tem conhecimento da existência de sistemas de chuveiros automáticos para
extinção de incêndio fabricado com o composto Poli (cloreto de vinila) (PVC), mas
como este através da cloração do PVC origina a resina CPVC, que é muito utilizado
para esta instalação em alguns países, se fez necessária esta breve explanação.
Segundo Brighton (1971), o CPVC é um material sintético classificado como
termoplástico (amolece quando aquecido e solidifica-se quando resfriado), que
possui todas as propriedades inerentes ao PVC, somando-se a este a maior
resistência a temperaturas e pressões mais elevadas. É obtido através da cloração
da resina de PVC sob certas condições, por exemplo, em uma dispersão aquosa de
PVC (polimerizado por suspensão) é adicionado cerca de 10% em massa de
clorofórmio e após a exposição desta mistura a cloro gasoso por 5 horas, o conteúdo
de cloro do polímero PVC, que comumente é de, aproximadamente, 56,8% em
massa, passa para, aproximadamente, 67%. Há outros processos de cloração do
PVC objetivando o CPVC, inclusive resultando em produtos com diferentes
porcentagens de cloro, chegando à porcentagem máxima de, aproximadamente,
73%. É por possuir maiores teores de cloro intrínseco à estrutura química, que
confere a este material maior resistência às altas temperaturas. A partir do CPVC é
possível produzir uma extensa variedade de produtos, incluindo tubos e conexões.
De acordo com Canevarolo (2002), o CPVC é classificado como:
Quanto à estrutura química – polímeros de cadeia carbônica (Polímeros
Clorados); Quanto ao método de preparação – polímeros de adição; Quanto ao comportamento mecânico – plásticos (em especial termoplásticos); Quanto ao desempenho mecânico – termoplásticos convencionais.
Alguns compostos de CPVC utilizado na fabricação de tubulações são designados
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especialmente para sistemas de chuveiros automáticos para extinção de incêndio,
por possuir características, já discutidas, de suportar altas temperaturas. Tais
formulações não são informadas, obviamente, por se tratar de estratégia de
mercado. Assim, fica clara a necessidade de desenvolvimento de pesquisa na área.
Os tubos são extrudados e as conexões injetadas com o composto de CPVC
conforme normas de especificações técnicas, que são adotadas por órgãos
reguladores. Pode-se citar, por exemplo, a norma ASTM F442 9 – “Nonmetallic
Piping Specification for Special Listed Chlorinated Polyvinyl Chloride (CPVC) Pipe”,
que lista o material para a tubulação e conexão e suas dimensões.
A adoção deste material, para o emprego na fabricação destas tubulações, propicia
as seguintes vantagens: facilidade de união; hidráulica superior; facilidade de
montagem; aumento no espaçamento entre suportes, quando comparado com
outros termoplásticos; redução no custo da instalação (sistemas que utilizam o
composto CPVC resultam em diâmetros menores e, conseqüentemente, economia
de material e redução no custo do projeto); longevidade do sistema (maior
resistência à corrosão e deterioração); facilidade de manutenção. Ainda, é um
material que propicia uma ótima alternativa para instalação de sistemas de chuveiros
automáticos para extinção de incêndios em edificações já existentes, devido à
facilidade de manuseio, fato este verificado no Anexo B. A própria utilização deste
material para outras finalidades, como sistema predial de água quente, já mostram
tais características.
Os critérios de utilização de tubulações de CPVC para sistemas de chuveiros
automáticos são estabelecidos por regulamentações vigentes e são definidos em
normas como: NFPA 13, NFPA 13D, NFPA 13R da National Fire Protection
Association; UL 1821 da Underwriters Laboratories; Class Number 1635 da FM
Global; Loss Prevention Standards (LPS) 1260 da Building Research Establishment
Limited (BRE); Australian Standard (AS) 4118.2.1; entre outras. Há de
____________ 9ASTM F442 Standard Specification for Chlorinated Poly(Vinyl Chloride) (CPVC) Plastic Pipe (SDR-PR).Philadelphia,8p.1999.
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colocar também o papel das seguradoras no processo de instalação destes
sistemas, já que muitas delas aumentam, consideravelmente, os valores a serem
pagos pelo seguro, caso as edificações não os possuam.
Os sistemas de chuveiros automáticos com tubulações de CPVC, segundo o
catálogo de produto Noveon (2004), devem ser projetados levando em consideração
os seguintes aspectos e critérios:
Os sistemas são empregados considerando a pressão máxima de trabalho de
1200 kPa e temperatura ambiente de 65°C;
Os sistemas devem empregar chuveiros tendo uma temperatura máxima de
operação de 77°C ou menor;
Os produtos de CPVC devem ser instalados em sistemas de tubulação molhada;
Ocupações de risco leve;
Ocupações residenciais até quatro pavimentos de altura, como definido na norma
NFPA 13R (2002);
Habitações de uma e duas famílias e casas manufaturadas (conhecida também
como casas móveis) como definido pela NFPA 13D (2002);
Espaços para trocas de ar, como definido pela Instalação de Condicionamento de
Ar e Sistema de Ventilação, NFPA 90A 10;
Tubulação enterrada como definido por NFPA 24 11.
Ainda, a Factory Mutual (FM) coloca que o sistema fabricado com tubulação de
CPVC deve ser protegido permanentemente por uma barreira resistente ao fogo não
removível, para garantir as suas propriedades.
Ainda, os catálogos detalham todas as condições a serem seguidas para a
implantação do material nos sistemas de chuveiros automáticos, em função do local
de instalação (oculta ou exposta), cobertura padrão ou estendida 12; risco leve e
instalações residenciais. Através disto, é indicado o tipo de chuveiros automáticos a
ser utilizado, distância do defletor deste ao teto e distância máxima entre eles.
____________ 10 NFPA 90A – Standard for the Installation of Air-Conditioning and Ventilating Systems1999 Edition 11 NFPA 24 – Standard for the Installation of Private Fire Service Mains and Their Appurtenances 1995 Edition 12 Cobertura padrão e cobertura estendida - características dos chuveiros automáticos que permitem uma distância padrão entre eles (cobertura padrão) ou aumentar esta distância (cobertura estendida)
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Os chuveiros automáticos pendentes e laterais empregados no sistema são
definidos com temperatura de operação de 77°C ou menores. Quando os chuveiros
automáticos forem de resposta rápida a temperatura de operação deve ser de 68°C
ou menores. Porém, é sabido que para edificações classificadas como risco leve,
segundo a norma revisão 2006 da norma NBR 10897 (ABNT, em consulta pública),
os chuveiros automáticos devem ser de resposta rápida com temperatura nominal de
abertura de 68 °C, ficando, portanto, a instalação deste material, restrita a esta
classe de chuveiros. Com relação à pressão de trabalho, é definido que esta deve
ser de, no máximo, 1200 KPa (175 psi) para uma temperatura máxima de 65°C.
Para a união entre os tubos e as conexões é utilizada a técnica de soldagem com
adesivo solvente específico, levando em consideração desde o corte do tubo até o
tempo de cura necessário. Maiores detalhes do procedimento de união entre os
tubos e as conexões estão apresentados no Anexo C. Vale ressaltar que o processo
de união é rápido e de fácil execução.
3.1.2. Sistema de chuveiros automáticos para extinção de incêndio com
tubulações de outros materiais plásticos
Para complementar a visualização da crescente utilização de materiais plásticos na
fabricação de tubulações empregadas em sistemas de chuveiros automáticos para
extinção de incêndios, abaixo são apresentados dois materiais e as características
dos sistemas de chuveiros automáticos (montagem, locais de utilização, limitações,
etc.) feitos com eles. O primeiro material descrito é o polipropileno randômico (PPR)
e logo após o polietileno reticulado (PEX).
Segundo a Suzano Petroquímica (2006), o polipropileno é um dos plásticos de maior
venda e que mostra a maior taxa de crescimento anual no mundo, devido às suas
excepcionais propriedades e versatilidade de aplicação e uso. É um termoplástico
semicristalino, produzido através da polimerização do monômero propeno (formação
de longas cadeias de monômero de propeno). O polipropileno sai do reator na forma
de pequenas partículas ou esferas. Elas vão para uma extrusora, onde são
adicionados os aditivos e então granuladas. Esta é a forma que o polipropileno é
entregue aos clientes, que o transformarão em artigos finais que vão ao mercado.
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O Polipropileno é formado basicamente por 3 grupos de produtos:
Homopolímeros: obtido exclusivamente da polimerização do propeno.
Copolímeros Heterofásicos (Copolímeros de Impacto ou de Bloco): produzidos
em dois reatores em série, onde no primeiro polimeriza somente o propeno e no
segundo uma fase elastomérica composta de propeno e eteno.
Copolímero randômico é obtido quando se adiciona ao propeno um segundo
monômero (normalmente eteno) no reator, sendo as moléculas de eteno
inseridas aleatoriamente, o que reduz a cristalinidade do material.
De acordo com Caveranolo (2002), o polipropileno é classificado como:
Quanto à estrutura química – polímeros de cadeia carbônica (Poliolefinas);
Quanto ao método de preparação – polímeros de adição;
Quanto ao comportamento mecânico – plásticos, em especial, termoplásticos;
Quanto ao desempenho mecânico – termoplásticos convencionais.
Para exemplificar a utilização do polipropileno no sistema de chuveiro automático
para extinção de incêndio são descritas as características, especificações e
limitações do sistema de chuveiro automático para extinção de incêndio denominado
“Aquatherm Firestop – Sprinkler Pipe System” fabricado pela empresa “Fusiotherm”.
Este é composto por tubulações fabricadas com o material polipropileno copolímero
randômico (PPR), denominado comercialmente como “Fusiolen®PPR(80)FS”,
reforçado com fibra de vidro (“faser composite pipe”), produzido no processo de
extrusão de multicamadas. A Figura 2 apresenta o sistema executado, inclusive com
o chuveiro automático inserido à conexão, bem como o detalhamento das
multicamadas do tubo, vistas pelo corte transversal deste. A utilização deste material
para a confecção de tubulações destinadas ao emprego neste sistema é bastante
difundida na Europa, principalmente na Alemanha.
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Figura 2: Tubulação de polipropileno para sistema de chuveiros automáticos
(Fonte: Aquatherm GMBH – catálogo Aquatherm Firestop, 2005)
A união entre o tubo e a conexão é realizada através da técnica de termofusão, que
consiste no aquecimento da ponta do tubo e da bolsa da conexão por meios
específicos (ferramenta) e, posteriormente, o encaixe entre eles. Após o
resfriamento, as peças terão sua união consolidada pelo próprio comportamento do
material polipropileno. A união entre tubo e conexão, assim como a ferramenta
especializada podem ser vistas na Figura 3.
Figura 3: Processo de junção entre tubo e conexão e ferramenta. (Fonte: Aquatherm
GMBH – Catálogo Aquatherm Firestop, 2005)
De acordo com o fabricante do sistema, as tubulações são certificadas pela LPCB
através dos critérios estabelecidos pela norma Loss Prevention Standards (LPS)
1260, que é discutida na subseção 3.2.4 deste trabalho.
As vantagens apresentadas para a tubulação fabricada com este material são:
Juntas realizadas pela técnica de termofusão, não havendo a necessidade de
adesivos para a união entre tubos e conexões;
Facilidade de montagem e manutenção;
Resistência à corrosão e substâncias químicas;
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Tubo com baixo fator de aspereza e alta resistência à abrasão;
Alta capacidade de suportar impactos;
Três camadas do tubo estruturadas com fibra de vidro;
Baixa flamabilidade (Classe B1 pela norma DIN 4102-1 13).
Com relação às limitações de aplicação desta tubulação nos sistemas de chuveiros
automáticos para a extinção de incêndio, a LPCB estabelece o seguinte:
Uso de conexões e tubos plásticos está sujeito aos critérios estabelecidos
pelas autoridades locais;
Para edificações classificadas como de risco leve, ou seja, escolas,
escritórios, residências etc.
Chuveiros automáticos de resposta rápida aprovados pela LPCB devem
ser usados com a tubulação plásticas expostas;
Tubulação plásticas devem ser usadas somente com sistema de tubo
molhado;
Cuidados devem ser exercidos para assegurar que juntas estão
adequadamente curadas anteriormente à pressurização. Estas instruções
devem ser informadas pelo fabricante;
Tubulações plásticas não devem ser instaladas em ambientes externos;
Não satisfatório para água potável;
Onde tubos e conexões plásticas são expostos (exposição ao incêndio
direta), o sistema deve ser protegido por um teto plano;
O sistema de tubos deve ser instalado em acordo com as instruções de
instalações do fabricante, na qual inclui as condições da LPCB;
A máxima temperatura ambiente normal para o uso não deve exceder
70°C, para se evitar problemas de deformações com o material.
Os parâmetros estabelecidos para o funcionamento adequado do sistema, no que se
refere à temperatura e pressão, são:
____________ 13 DIN 4102-1 – Fire Behavior of building materials and building components 32 p. 1994. Norma de testes para classificação de materiais de construção, quanto ao comportamento ao fogo.
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Temperatura máxima de trabalho: 70°C (158°F);
Pressão máxima de trabalho: 1200 KPa (12 bar).
Outro material plástico utilizado para a fabricação de tubos empregados em sistema
de chuveiros automático é o polietileno reticulado (PEX). Segundo a Plastics Pipe
and Fittings Association (2006), o PEX é obtido através da reticulação do polietileno
(polímero de adição produzido a partir da polimerização do etileno), ou seja, criação
de ligações (pontes) entre macromoléculas de polietileno, tornando se mais
resistente às altas temperaturas, ataques químicos e resistência à deformação. As
macromoléculas do polietileno e do polietileno reticulado são apresentadas na
Figura 4.
Figura 4: Macromoléculas do polietileno normal e do polietileno reticulado
(Fonte: Pex do Brasil)
O PEX, diferentemente do polietileno, é um material termofixo 14 feito para
densidades altas e médias, sendo suas características estabelecidas em normas,
como por exemplo, a ASTM F 876 15 e a ASTM F 877 16.
A Plastic Pipe and Fittings Association (2006) coloca que a tubulação de PEX tem
sido usada para instalações de água fria e quente e para aquecimento de pisos na
Europa por muitos anos. Ainda, foi introduzida nos EUA em 1980 e tem substituído o
Polibutileno como tubo flexível, inclusive para sistemas prediais de proteção por
chuveiros automáticos.
____________ 14 Termofixo – são materiais plásticos que quando curados, com ou sem aquecimento, não podem ser reamolecidos por um próximo aquecimento. 15 ASTM F 876 - Standard Specification for Crosslinked Polyethylene (PEX) Tubing. 7 p. 2005 16 ASTM F 877 – Standard Specification for Crosslinked Polyethylene (PEX) Plastic Hot- and Cold-Water Distribution Systems, 8 p. 2005
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O sistema de chuveiros automáticos para a extinção de incêndio com o produto
denominado PEX (tubos) é destinado para proteção contra incêndio em residências.
Nos Estados Unidos, onde é crescente a utilização de sistemas de chuveiros
automáticos para residências, nota-se que as exigências na implantação do sistema
são feitas pelas seguradoras e, em alguns estados, por órgãos especializados, como
o Corpo de Bombeiros. Isto pelo fato das residências serem fabricadas com
materiais combustíveis (ex: madeira) e pela grande proporção de incêndios ocorridos
neste tipo de edificações.
Apresenta-se na seqüência as especificações de dois sistemas de chuveiros
automáticos para extinção de incêndio com o tubo fabricado com o material PEX,
bem como suas limitações de aplicação. O primeiro é denominado “REHAU Fire
Protection System” e fabricado pela empresa “REHAU Incorporated” e o segundo
denominado “Aquasafe®” e fabricado pela empresa “Uponor”.
Os motivos pelo os quais levam a necessidade de aplicação de sistemas de
proteção por chuveiros automáticos em residências são:
Pode apagar um foco inicial de incêndio em questão de segundos, diminuindo
os danos à propriedade;
Oito em cada dez mortes por incêndio ocorre na residência (dados da NFPA);
Uma casa típica, no caso dos Estados Unidos, pode ser envolvida pelas
chamas em questão de minutos, após o início do incêndio;
Em 90% dos incêndios residenciais, um único chuveiro automático pode
controlar o incêndio em segundos;
O combate ao incêndio pelo Corpo de Bombeiros (mangueiras) descarrega,
aproximadamente, 580 litros de água por minuto. Já o sistema de chuveiros
automáticos com os chuveiros de resposta rápida descarrega entre 45 a
53 litros de água por minuto.
O sistema denominado “REHAU Fire Protection System” é composto pelos tubos
denominados “Raupex®” e pelas conexões “Everloc®”, apresentados na Figura 5.
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Figura 5: Sistema de chuveiros automáticos REHAU Fire Protection System (Fonte:
REHAU Incorporated)
O sistema, normalmente, funciona integrado com o suprimento de água fria, ou seja,
o sistema é instalado direto na rede de água fria da edificação. No evento da
ocorrência de incêndio é esperado, significativamente, o controle deste na região de
origem, causando menores danos quando comparado com o combate ao incêndio
realizado pelo Corpo de Bombeiros.
O sistema denominado “Aquasafe®”, assim como descrito no sistema anterior,
funciona ou não como parte do sistema de instalação de água fria da residência, ou
seja, o sistema pode ser instalado direto na rede de água fria. Uma conexão com
quatro portas é utilizada para a inserção dos tubos e do chuveiro automático. Linhas
de tubulação saem do “manifold” e alimentam as conexões. O restante das saídas
na conexão é usado para alimentar outra conexão através da tubulação com o
material PEX. Os materiais utilizados e a montagem do sistema são apresentados
na Figura 6.
Tubo
conexão
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Figura 6: Tubo, conexão e montagem dos sistema denominado “Aquasafe®”
(Fonte: Uponor North America)
Os benefícios apontados para a escolha deste tipo de sistema e, consequentemente,
este tipo de material são:
Sistema com tubulações flexíveis - Propicia fácil aplicação (manuseio), a qual
pode ser notada através de estudos de casos apresentados no Anexo B;
Manutenção fácil - tubulações e conexões não são soldadas;
Durabilidade alta – Testes indicaram que a vida útil da tubulação não é menos
que 100 anos;
Custo efetivo – pode ser instalado rapidamente e facilmente com um custo muito
competitivo;
Confiança – A possibilidade de um chuveiro automático descarregar
acidentalmente devido a um defeito de fabricação é 1 em 16 milhões;
Efetividade – chuveiros automáticos são ativados pelo calor e não pela fumaça.
Eles controlam o incêndio em segundos, antes de ocorrer maiores prejuízos;
Investimento inteligente – A aplicação do sistema pode aumentar o valor de
revenda da residência e baixar as taxas de seguro.
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3.2. Normas de tubos e conexões plásticas para sistema de chuveiros
automáticos
Esta subseção apresenta os critérios de avaliação e limitações de tubos e conexões
plásticos para sistema de chuveiros automáticos, conforme exposto em diversas
normas técnicas e normas de produto.
3.2.1. Normas da National Fire Protection Association (NFPA)
A norma NFPA 13: 2002– “Installation of Sprinkler Systems” é uma norma criada
pela NFPA e tem como objetivo estabelecer requesitos mínimos para o projeto e
instalação de sistema de chuveiros automáticos para extinção de incêndio, sendo,
provavelmente, a norma mais completa e mais conhecida. A norma estabelece
diversos critérios a serem atendidos pelo sistema, porém, são analisados aqui
aqueles que, de certa forma, indicam as relações de tubulações plásticas nos
sistemas de chuveiros automáticos.
O item 6.3 “Aboveground Pipe and Tube” da norma, ou seja, tubulações instaladas
sobre o piso, indicam que tubulações de CPVC e Polibutileno devem estar de acordo
com o item 6.3.6 “Listed Pipe and Tubing”, o qual estabelece o seguinte texto:
“Outros tipos de tubos investigados para conformidade em instalações de chuveiros automáticos e listado para este serviço, incluem, mas não limitam, para o polibutileno, o CPVC e outros tipos de aço, diferentes daqueles especificado na norma, podendo ser permitidos, desde que instalados com suas limitações”.
Isso significa que a norma não restringe o desenvolvimento de novos materiais para
aplicação nestes sistemas, desde que atendam todos os critérios de projeto e de
desempenho. Por outro lado, esta norma não especifica quais métodos de
desempenho devem ser aplicados para os materiais, ficando esta responsabilidade e
a certificação a critério de órgãos especializados, como o Underwriters Laboratories
(UL) e a Factory Mutual (FM).
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A norma também indica que os tubos de CPVC devem estar de acordo com a norma
ASTM F442 17 e as conexões CPVC de acordo com as normas ASTM F 437 18,
ASTM F 438 19 e ASTM F 439 20, sendo que todas tratam da especificações do
produto (tubos e conexões).
O item A.6.3.6 indica que outros tipos de tubulações devem ser investigados e
listados para aplicações nestes sistemas, incluindo outros termoplásticos. Salienta
que, enquanto estes produtos podem oferecer vantagens (facilidade de manipulação
e instalação, custo efetivo, redução de perdas de fricção e melhora da resistência à
corrosão) é importante reconhecer que estes materiais também têm suas limitações.
Com relação aos tubos e conexões termoplásticos o anexo apresenta que para a
exposição do material a temperaturas elevadas em excesso pode resultar na
distorção ou falha do sistema. Portanto, cuidados devem ser tomados para que a
temperatura ambiente, incluindo variações sazonais, não exceda os valores
calculados para o material empregado no sistema. Ainda, é colocado que a
temperatura ambiente de aplicação da tubulação de CPVC para sistem