Revista Científica Aprender

ISSN 1983-5450

4ª edição :: 05/2011

TODOS PELA EDUCAÇÃO

Sistema de Chuveiros Automáticos


1. Áderson Guimarães Pereira
2. Carlos Fernando De Araujo Jr.*
Resumo

Desde sua invenção e correta aplicação, o sistema de chuveiros automáticos tem demonstrado ser o melhor equipamento disponível, e que obteve maior êxito no combate aos incêndios em edificações e áreas de risco. Contudo, é importante destacar que um sistema de chuveiros automáticos tem como função central realizar o primeiro combate ao incêndio, na sua fase inicial, para extinguí-lo ou então controlá-lo até a chegada do Corpo de Bombeiros. O sistema também tem a função secundária de alertar os ocupantes da edificação ou da área de risco de um possível incêndio. Nesta pesquisa será efetuada a retrospectiva histórica da evolução do sistema até a presente data.

Palavras-chave

Chuveiros automáticos; Incêndio; História; Proteção.

Abstract

Since its invention and correct application, the system of automatic sprinklers have proven to be the best equipment available, and that greater success in fighting fires in buildings and areas of risk. However, it is important that a system of automatic sprinklers has as its central hold the first fire fighting in its early stage, to extinguish it or control it then until the arrival of the Fire Department. The system also has a secondary function of alerting the occupants of the building or area at risk of a possible fire. This research will be carried out a retrospective historical evolution of the system1.Ilustrações: Maj PM Galdino Vieira da Silva Neto – PMESP. to date.

Key-Words

Automatic sprinklers; Fire; History; Protection.

Introdução

Ao analisar um sistema de proteção contra incêndio, deve-se considerar uma série de importantes fatores, tais como:

  • Perdas econômicas;
  • Redução ou paralisação total das atividades comerciais e/ou industriais;
  • Perdas de vidas humanas;

Projetar um sistema de proteção contra incêndio significa, em última instância, entender os riscos de perdas a que uma edificação possa estar sujeita, sejam elas humanas ou econômicas. A partir dessa compreensão, um sistema inteligente minimizará ao máximo esses riscos.

Conhecer o sistema é viável para realização da instalação adequada na edificação e área de risco, inclusive, adotar procedimentos adequados no caso de acionamento. Na pesquisa verifica-se que desde sua invenção e correta aplicação, o sistema de chuveiros automáticos tem demonstrado ser importante medida de proteção contra incêndio para edificações e áreas de risco.

Objetivo

Realizar pesquisa bibliográfica, buscando verificar: a origem, os precursores e as melhorias do sistema.

Metodologia

Revisão sistemática do tema a partir de fontes primárias (bibliografia especializada).

Desenvolvimento

O sistema de chuveiros automáticos, para fins de proteção contra incêndio, consiste de um sistema integrado de tubulações, alimentado por uma ou mais fontes de abastecimento automático 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.

Sistema de Chuveiros Automáticos

Fig.: 1 – Sistema de Chuveiros Automáticos

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 em uma densidade adequada para extingui-lo ou controlá-lo em seu estágio inicial.

Fases de acionamento do chuveiro automático Fases de acionamento do chuveiro automático Fases de acionamento do chuveiro automático

Fig.: 2 – Fases de acionamento do chuveiro automático

O chuveiro automático trata-se de um dispositivo hidráulico 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 atinja uma área específica.

Fig.: 3 – Chuveiro automático

Fig.: 3 – Chuveiro automático

O sistema de chuveiros automáticos, ao mesmo tempo simples, tem sido desenvolvido por profissionais ao longo de um período de mais de 100 anos, de forma que possa responder rapidamente e com eficiência ao surgimento de um incêndio.

Um grande incêndio em Londres levou John Green a projetar um sistema automático de combate ao fogo em 1673, infelizmente não se tem detalhes específicos sobre o sistema. Os detalhes da invenção de John Green perderam-se no decorrer da história não tendo chegado aos dias atuais.

O primeiro dispositivo automático para extinção de incêndios foi patenteado em 1723 por Ambrose Godfrey-Hanckuvitz, célebre químico.

Ambrose Godfrey-Hanckuvitz

Fig.: 4 – Ambrose Godfrey-Hanckuvitz
Fonte: http://www.ssplprints.com/image.php?imgref=10400384

O dispositivo consistia em barril com agente extintor, com pólvora no seu interior e fio detonante, o qual ao ser acionado extinguia o incêndio em decorrência da explosão e conseqüente abafamento no local (método primário).

Dispositivo de Ambrose Godfrey-Hanckuvitz

Fig.: 5 – Dispositivo de Ambrose Godfrey-Hanckuvitz

No final do século XVIII e início do século XIX foi verificada a necessidade de um sistema de proteção contra incêndios para edifícios, pois os existentes possuíam deficiências enormes com relação à segurança contra incêndios, pois na época restringia aos vigias de incêndio e a recursos incipientes de combate ao fogo.

Em 1806, John Carey (inglês) inventou um sistema de “chuveiros” dotado de válvulas fechadas com auxílio de cordas e contra pesos. O sistema proposto por John Carey consistia de tubos perfurados conectados a um sistema de suprimento de água com um reservatório elevado. A canalização de distribuição de água era provida de uma válvula fechada conectada a um sistema de cordas e contra pesos, que era articulado de tal forma que as cordas ao serem queimadas abriam as respectivas válvulas provocando a liberação de água e conseqüente extinção do fogo.

Em 1812, o Coronel Willian Congreve aperfeiçoou o sistema de John Carey e projetou um sistema automático que foi instalado no Teatro Real de Drury Lane. O sistema consistia de um depósito cilíndrico de 95, 47 m3 , elevado e alimentado por um tubo principal de 254 mm, procedente da estação distribuidora de água dos edifícios York, em Adelphi. O depósito abastecia uma rede com tubulações de 254 mm que distribuía por todo o teatro contendo um conjunto de orifícios com diâmetro de 12,7 mm. Willian Congreve substitui as cordas do sistema de John Carey por um material fundível, projetado para entrar em operação a 44 oC. Willian Congreve ao patentear o sistema desenvolvido incluiu uma ligação que é considerada a primeira válvula de alarme, a qual operava pela liberação de peso.

O Major A. Stewart Harrison, do Primeiro Corpo de Bombeiros Voluntários de Londres, após 58 anos da invenção de John Carey, em 1864, utilizou um elemento fusível de baixo ponto de fusão para comandar o funcionamento do sistema. Projetou, portanto, um chuveiro automático considerado como o protótipo, pois era constituído de elemento termo-sensível, que se fundia sob a ação do calor e permitia a descarga de água sob pressão em todas as direções. O sistema destacava-se por permitir somente o acionamento do chuveiro que era atingido pela ação do calor.

Os verdadeiros precursores dos chuveiros automáticos foram os canos perfurados e os bicos abertos, os quais foram usados nos Estados Unidos de 1850 a 1880. Estes sistemas não eram plenamente automáticos, pois os orifícios de descarga dos canos muita vezes entupiam com a ferrugem ou com materiais estranhos, portanto, a distribuição da água era deficiente. A existência dos bicos abertos foi um aprimoramento dos canos perfurados, sendo estes bicos constituídos por bulbos metálicos com numerosas perfurações. Os bicos eram atarraxados às canalizações, procurando desta forma dar uma melhor distribuição da água, consequentemente este sistema era ligeiramente melhor que o anterior.

Em 1875, Henry S. Parmelee inventou o primeiro chuveiro automático moderno, sendo que em 1878 o chuveiro foi considerado viável e aprovado para a atividade comercial e também reconhecido pelas seguradoras. A peça consistia em uma cabeça ou bico com vários furos (crivo), com uma tampa de latão fechada por um anel de solda de baixo ponto de fusão.

Chuveiro automático proposto por Henry S. Permelee (1875)

Fig.: 6 – Chuveiro automático proposto por Henry S. Permelee (1875)

O sistema projetado por Henry S. Parmelle oferecia o inconveniente de a solda ficar próxima ao encanamento e em contato com a água. O contato resfriava a solda e condicionava o funcionamento do equipamento ao aquecimento da água, portanto, provocando o retardamento da operação. A solda ainda não oferecia suficiente resistência e o sistema entrava em operação acidental nas situações mais inoportunas, o que determinou pouca aceitação e posterior melhoria.

Em 1882, Frederick Grinnell, após estudos, inventa um sistema de chuveiro automático, melhor que os já propostos, pois tinha capacidade de suportar pressões maiores e melhor distribuição de água (uniforme).

Frederick Grinnell

Fig.: 7 – Frederick Grinnell
Fonte: http://www.rpi.edu/dept/NewsComm/sub/fame/inductees/frederickgrinnell.html

Grinnell lançou um bico de chuveiro automático com tampa de solda que não permitia o contato coma água e um sistema de estaqueamento que permanecia fechado até que a solda fundisse completamente em caso de fogo. As companhias seguradoras da época, três anos depois a invenção de Grinnell, passaram a oferecer descontos nos prêmios de seguro incêndio às empresas que instalavam o sistema descrito.

Chuveiro automático – Frederick Grinnell (1882)

Fig.: 8 - Chuveiro automático – Frederick Grinnell (1882)

Algumas datas são importantes referentes à evolução do sistema de chuveiros automáticos:

  • 1885 – John R. Freeman realiza testes extensivos em sistemas de chuveiros automáticos;
  • 1895 – Reunião dos representantes de seguradoras em Nova York para estabelecer normas de proteção contra incêndio;
  • 1896 – a Nationa Fire Protection Association (NFPA) é oficialmente instituída e publica normas pra sistema de proteção contra incêndios.

Os estudos e pesquisas sobre sistema de chuveiros automáticos ocorreram ano a ano, sendo que em 1925, na Inglaterra a empresa Mather & Platt substituiu a solda no bico de chuveiro automático por um bulbo de quartzo como elemento termo-sensível. O bulbo de caráter resistente, pois resiste à corrosão e à pressão da água, é de caráter permanente, além de ser sensível à elevação da temperatura. No interior do bulbo há um líquido de alta sensibilidade ao calor, que se expande por sua ação até o rompimento das paredes do bulbo e conseqüente liberação do tampão que obstruía a saída da água da tubulação.

Uma pesquisa realizada ao longo da década de 80 (1978 a 1987), por Solomon, 1996, nos EUA apresentou os seguintes resultados:

  • 28% dos focos de incêndio foram extintos ou controlados por apenas 1(um) chuveiro automático;
  • 46% dos focos de incêndio foram extintos ou controlados por apenas 2 dois) chuveiro automático;
  • 89% dos focos de incêndio foram extintos ou controlados por até 15 quinze) chuveiro automático.

A NFPA (National Fire Protection Association) ainda nos apresenta mais duas informações interessantes:

  • Os danos materiais causados por incêndios em hotéis foram 78% menores nos hotéis que possuíam um sistema correto de chuveiros automáticos;
  • Não se tem registro de mais do que 2(duas) vítimas fatais em edificações protegidas por sistemas de chuveiros automáticos corretamente projetados e operados.

No fim século XIX e início do século XX as instalações de sistema de chuveiros automáticos foram realizadas no Brasil, em especial no Rio de Janeiro em algumas fábricas de tecidos, as quais ainda funcionam. No primeiro quarto do século XX, em São Paulo, foram instalados em diversas fábricas (ex.: fábricas Ipiranga Jafet, fábrica Maria Zélia, etc.).

Os chuveiros automáticos (sprinklers), ao final, são dispositivos com elemento termo-sensível projetados para serem acionados em temperaturas pré-determinadas, lançando automaticamente água sob a forma de aspersão sobre determinada área, com vazão e pressão especificados, para controlar ou extinguir um foco de incêndio.

Os chuveiros automáticos no Brasil devem ser portadores da marca e/ou certificação de conformidade à norma da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) NBR 6135:1992 e NBR 6125:1992.

Os chuveiros automáticos são compostos basicamente pelos seguintes componentes:

  • Corpo: parte do chuveiro automático que contém rosca, para fixação na tubulação, braços e orifícios de descarga, e serve como suporte dos demais componentes;
  • Defletor/Difusor: componente destinado a quebrar o jato sólido, de modo a distribuir a água, segundo padrões estabelecidos nas normas brasileiras;
  • Obturador: componente destinado à vedação do orifício de descarga nos chuveiros automáticos e que também atua como base para o elemento termo-sensível tipo bulbo de vidro;
  • Elemento Termo-Sensível: componente destinado a liberar o obturador por efeito da elevação da temperatura de operação e com isso fazer a água fluir contra o foco de incêndio. Os elementos termos-sensíveis podem ser do tipo ampola de vidro ou fusíveis de liga metálica.

Chuveiro automático - composição

Fig.: 9 – Chuveiro automático - composição

Os chuveiros automáticos podem ser instalados em várias posições, e para cada uma delas tem um formato de defletor adequado. As posições mais encontradas nas instalações podem ser classificadas em:

  • Pendente (Pendent): quando o chuveiro é projetado para uma posição na qual o jato é dirigido para baixo para atingir o defletor e espalhar o jato;
  • Para Cima (UpRight): normalmente utilizada em instalações onde as canalizações são expostas (ex: garagem), esse modelo faz com que o jato suba verticalmente até encontrar o defletor, que de uma certa forma “reflete” o jato na direção oposta, ou seja, para baixo;
  • Lateral (Sidewall): modelo projetado com defletor especial para descarregar a maior parte da água para frente e para os lados, em forma de um quarto de esfera, e uma parte mínima para trás, contra a parede.

Chuveiros Automáticos (1 - Para Cima; 2 - Pendente; 3 - Lateral)

Fig.: 10 – Chuveiros Automáticos (1 - Para Cima; 2 - Pendente; 3 - Lateral)

Os chuveiros automáticos são aprovados em graus nominais de temperatura para seus acionamentos, variando de 57˚C a 343˚C, determinados pelas temperaturas máximas permitidas nos ambientes, já considerando uma margem mínima de acionamento de no mínimo 20˚C acima.

Para que o acionamento dos chuveiros automáticos fique dentro do tempo estimado previsto pelos fabricantes, vários fatores podem influenciar, sendo os principais:

  • A altura do pé-direito: quanto maior a altura, maior o tempo de acionamento;
  • O afastamento chuveiro em relação ao teto: quanto maior a distância, maior o tempo de acionamento.

As temperaturas de acionamento determinadas na NBR 6135:1992, e que seguem o padrão internacional, são identificadas da seguinte forma:

Temperatura Nominal (˚C ) / Coloração do Líquido

57............................................................................Laranja

68...........................................................................Vermelha

79...........................................................................Amarela

93..........................................................................Verde

141........................................................................Azul

182........................................................................Roxa

183 a 260..............................................................Preta

A vazão de água através de um chuveiro automático depende da característica mecânica do mesmo, representada pelo seu fator de vazão K, e da pressão da água imposta na rede hidráulica. De forma simplificada a equação abaixo exprime bem essa relação:

Q = K x P 1/2

Onde:

Q = Vazão (dm3/min)

K = coeficiente de descarga

P = Pressão (bar)

Os valores de K para os diferentes diâmetros de saída dos bicos são:

10 mm = K = 57 (5%)

15 mm = K = 80 (5%)

20 mm = K = 115 (5%)

Mediante os valores do K para uma gama de sprinkler, o projetista do sistema de proteção e combate ao incêndio, que de antemão já calculou o risco para um certo ambiente e a necessidade de vazão (ou vazão por m2) para o local, poderá determinar, facilmente, a quantidade e o tipo de sprinkler a ser aplicado na instalação.

No Brasil, as empresas fornecedoras e/ou fabricantes de chuveiros automáticos deveriam seguir as normas da ABNT, cuja orientação acerca da identificação devem apresentar no mínimo, no corpo e/ou no defletor, as seguintes marcações:

  • Marca do fabricante e modelo do sprinkler;
  • Temperatura nominal de operação;
  • Ano de fabricação;
  • Diâmetro nominal do orifício;
  • Letra código da posição;
  • Cores corretas dos elementos termos-sensíveis;
  • Logo marca da ABNT, no caso da empresa ser certificada pela conformidade exigida, o que também implica em ter o processo produtivo do sprinkler qualificado e certificado.

A NBR 10897:2007 da ABNT fixa condições mínimas exigíveis para projeto, cálculo e instalação de sistemas hidráulicos de proteção contra incêndio, por chuveiros automáticos para edificações, bem como determina as dimensões e adequação dos abastecimentos de água para o suprimento exclusivo destes sistemas.

Conclusão

Pode-se concluir que o sistema de chuveiros automáticos processa a descarga automática da água sobre o foco do incêndio, em uma densidade adequada para controlá-lo ou extingui-lo em seu estágio inicial. Mediante a simples operação de um ou mais chuveiros, ocorrem simultaneamente o funcionamento de um alarme e o desencadeamento dos abastecimentos de água.

O sistema de chuveiros automáticos é de fundamental importância para proteção contra incêndio de edificações e áreas de risco, ou seja, contribuirá para proteção da vida, do meio ambiente e do patrimônio.

Referências Bibliográficas

  • PEREIRA, Áderson Guimarães. Segurança contra incêndio. São Paulo: EMTS Seguros Editora.2000.
  • __. Sistema de hidrantes prediais para combate a incêndio. São Paulo: Book Mix, 2004.
  • PEREIRA, Àderson Guimarães; POPOVIC, Raphael Rodriguez. Tecnologia em segurança contra incêndio. São Paulo: LTr, 2007.
  • PEREIRA, Àderson Guimarães. Segurança contra incêndios. São Paulo: LTr, 2009.
  • PEREIRA, Àderson Guimarães. Sistema de chuveiros automáticos. Revista Bombeiros Emergências, Ano XV, 50ª ed., São Paulo, 2009, p.16-20.

* 1. Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática da Universidade Cruzeiro do Sul; Mestre em Políticas Sociais - UNICSUL; Pós-Graduado em Gestão da Segurança contra Incêndio e Explosões (USP); Pós-Graduado em Qualidade Total e Produtividade (Fac. Oswaldo Cruz); Oficial da Polícia Militar do Estado de São Paulo; Bacharel em Direito (UNIBAN).
2. Prof. Dr. Titular do programa de Mestrado e Doutorado em Ensino de  Ciências e Matemática da Universidade Cruzeiro do Sul (São Paulo, Brasil). Orientador do Doutorando Áderson Guimarães Pereira.