Projeto Final - Paulo Augusto Correa Damasceno

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

Departamento de Engenharia Mecnica

DEM/POLI/UFRJ

ANLISE E PROJETO DE UM SISTEMA DE PROTEO E COMBATE A INCNDIO EM UMA REA DE TANCAGEM DE LEOS COMBUSTVEIS

Paulo Augusto Corra Damasceno

PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA DA ESCOLA POLITCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE ENGENHEIRO MECNICO.

Aprovado por:

________________________________________________

Prof. tila Pantaleo Silva Freire; Ph.D.

________________________________________________

Prof. Marcelo Jos Colao; Ph.D.

________________________________________________

Prof. Silvio Carlos Anibal de Almeida; D.Sc .

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

SETEMBRO DE 2011

ii

Agradecimentos

No poderia deixar de agradecer, em primeiro plano a minha famlia, meus pais

Paulo Augusto e Maria Alice, meus irmos Luiz Fernando e Maria Beatriz, avs Alice e

Maria de Lourdes, tios, tias e primos, que sempre me apoiaram e incentivaram

incondicionalmente ao longo desses mais de cinco anos de engenharia.

Tambm no poderia deixar de agradecer aos profundos ensinamentos tcnicos

na rea de incndio me passados ao longo de j vrios anos pelo engenheiro Silvio Dias, e por todo suporte que sempre me prestou a engenheira Marluzi Oliveira, ambos

da empresa em que trabalho, Mat-Incndio Engenharia de Incndio Ltda.

Agradeo tambm a todos colegas de curso, muitos para serem nomeados aqui,

e que h longa data j so mais do que colegas, so amigos para toda vida. A eles e aos professores do curso por batalharem nessa misso de formar novos engenheiros

sempre para o nosso pas.

E, finalmente, no poderia deixar de agradecer jamais minha namorada Carolina Nieto, que j me atura h mais de 4 anos e sempre me apoiou e entendeu os diversos momentos de ausncia requeridos pelo curso.

iii

Resumo

O objetivo do trabalho analisar, projetar e comparar a viabilidade tcnica e econmica entre duas opes de sistemas para proteo contra incndio de uma rea

de tancagem de uma usina termoeltrica situada na cidade de Cabo de Santo

Agostinho, em Pernambuco.

A anlise de viabilidade tcnica se constituir de, na ordem, fazer-se um estudo

de levantamento de riscos existentes nas duas subzonas da rea de tancagem

tanques de consumo dirio e tanques de armazenamento, seguindo-se a definio de

vazes necessrias aos sistemas de acordo com as normas aplicveis para dois tipos

de sistemas. Por fim ir se fazer um clculo hidrulico da rede e definir-se-o

dimetros de tubulao, conexes e vlvulas, bem como dimensionamento das

bombas de incndio necessrias para suprir o sistema para os dois tipos de sistemas

apresentados.

J a anlise econmica ser levantar e comparar os custos de equipamentos e

instalao para os dois tipos de sistemas propostos, de acordo com as especificaes

provenientes da anlise tcnica do projeto, para se chegar ao custo final de cada tipo de soluo.

Por fim, comparar-se- as duas solues tanto do ponto de vista tcnico quanto

do ponto de vista econmico e prtico para definio de qual soluo se utilizar de fato

na usina.

Projeto orientado pelo professor:

Reinaldo de Falco, Eng.

iv

SUMRIO 1. Introduo ............................................................................................................................. 1 1.1 Gerao de Energia na planta de UTE Suape II ......................................................... 1 1.2 Proteo contra incndio na planta de UTE Suape II ................................................ 2 2. Descrio do Problema ..................................................................................................... 4 2.1. Descrio da rea de Tancagem .................................................................................. 4 2.1.1. Tanques Dirios (Day Tanks) ......................................................................................... 4 2.1.2. Tanques de Armazenamento (Storage Tanks) ........................................................... 5 2.2. Concepo de Proteo contra Incndio ..................................................................... 5 2.3. Dimensionamento do Sistema de Proteo ................................................................. 9 2.3.1 Tanques de Armazenamento ....................................................................................... 11 2.3.1.1 Vazo de gua necessria para proteo por canhes monitores ................ 12 2.3.1.2 Vazo de gua necessria para proteo por anis de aspersores .............. 13 2.3.1.3 Vazo de gua necessria para proteo por espuma .................................... 14 2.3.1.3.1 Vazo de gua necessria para cmaras de espuma ................................... 18 2.3.1.3.2 Vazo de gua necessria para proteo da bacia de conteno do tanque

por monitores e/ou mangueiras ......................................................................... 20 2.3.1.3.3 Vazo de gua necessria para proteo da bacia de conteno do tanque

por derramadores de espuma ............................................................................ 23 2.3.2 Tanques de Armazenamento - Resumo das Vazes Necessrias ........................ 24 2.3.3 Tanques Dirios Detalhamento de Vazes Necessrias ..................................... 25 2.3.3.1 Proteo por gua ................................................................................................. 25 2.3.3.2 Proteo por Espuma ................................................................................... 30 3. Clculo Hidrulico e Definio de Componentes ..................................................... 32 3.1 Modelo de Clculo do Software ................................................................................... 33 3.2 Input de Dados no Software e Resultados Canhes Monitores .......................... 34 3.2.1 Seleo e Quantitativo de Equipamentos .................................................................. 41 3.3 Input de Dados no Software e Resultados Anis de Aspersores ....................... 46 3.3.1 Seleo e Quantitativo de Equipamentos .................................................................. 53 3.4 Input de Dados no Software e Resultados Espuma .............................................. 57 3.4.1 Canhes de Espuma ..................................................................................................... 59 3.4.2 Cmara de Espuma ....................................................................................................... 60 3.4.3 Cenrio combinado Canho + Cmara de Espuma ................................................. 62 3.4.4 Derramadores de Espuma ............................................................................................ 63

v

3.4.5 Cenrio combinado Derramador + Cmara de Espuma.......................................... 65 4. Anlise Econmica ........................................................................................................... 67 4.1 Soluo por Canhes ........................................................................................... 68 4.2 Soluo por Anis Aspersores + Derramadores ....................................................... 69 5. Concluso ........................................................................................................................... 70 Refernc ias B ib l iogrf icas .......................................................................................... 72 Anexo 1 ................................................................................................................................... 74

Anexo 2 ................................................................................................................................... 79

Anexo 3 ................................................................................................................................... 80

Anexo 4 ................................................................................................................................... 81

Anexo 5 ................................................................................................................................... 82

Anexo 6 ................................................................................................................................... 83

Anexo 7 ................................................................................................................................... 84

Anexo 8 ................................................................................................................................... 85

Anexo 9 ................................................................................................................................... 86

Anexo 10 ................................................................................................................................ 87

Anexo 11 ................................................................................................................................ 88

Anexo 12 ................................................................................................................................ 89

Anexo 13 ................................................................................................................................ 90

1

1. Introduo

A usina a ser estudada a Usina Termoeltrica (UTE) Suape II, que, no momento, est sendo construda na cidade de Cabo de Santo Agostinho, a cerca de

sessenta (60) km de Recife, em Pernambuco. Essa usina de propriedade da empresa Energtica Suape II, que venceu leilo realizado pela Agncia Nacional de

Energia Eltrica (Aneel) para venda de trezentos e cinqenta (350) MW para o Sistema Interligado Nacional (SIN), de controle do Operador Nacional do Sistema (ONS), at 31 de dezembro de 2026. A Energtica Suape uma empresa de propriedade da Companhia de Infra-Estrutura Bertin Equipav (Cibe) que tem como scios, entre outros, a estatal Petrobras scio majoritrio, com cerca de 20% da companhia e o Grupo Bertin.

Uma vez de posse da licena de venda de energia, a Energtica Suape, por sua

vez, contratou a empresa Wrtsil do Brasil no regime de contrato full EPC, ou seja, a Wrtsil foi encarregada de todo desenvolvimento de projetos base e detalhados, fornecimento de equipamentos e construo da planta (EPC Engineering, Procurement and Construction).

Por se tratar de uma empresa finlandesa e contar com toda sua equipe de

projeto baseada na Finlndia, os projetos da Wrtsil vm sempre baseados em padres e normas europias, por exemplo, normas EN (Europa) e DIN (Alemanha). Assim sendo, ela sempre se vale de empresas locais para auxlio de adequao a

padres e normas locais, como no sistema de proteo, deteco, alarme e combate

de incndio tema do trabalho.

1.1 Gerao de Energia na planta de UTE Suape II

O princpio ativo da planta estudada o de converso de energia fssil

armazenada em derivados do petrleo em energia cintica e trmica atravs de

2

motores de combusto interna (MCI). Atravs da energia cintica proveniente da combusto principalmente de leo pesado (HFO Heavy Fuel Oil), caracterizada na rotao de um eixo, acionamos um gerador eletro-magntico, que converte a energia

cintica proveniente do MCI em energia eltrica que ser transmitida pelo SIN at o

consumidor final.

A planta de Suape II ter capacidade instalada de trezentos e cinqenta (350) MW e, para tanto, se valer da instalao de dezessete (17) motores Wrtsil W20V46F, alocados em trs (3) casas de mquinas separadas sendo duas com seis (6) motores e uma com cinco (5) motores.

T abe la 1 .1 Dados d o Mo to r W 20V46F (W ar t s i l a P roduc t Gu ide )

Nmero de Ci l indros 20 Potnc ia por C i l indro 1150 kW Potnc ia Tota l por Motor 23000 kW m Dimet ro do Ci l indro 460 mm Curso do Ci l indro 580 mm Rotao Mdia 600 rpm Presso Mdia Efet iva 23,9 bar Ve loc idade do P is to 11,6 m/s Potnc ia Aparente do Gerador 28 .031 kVA Peso Tota l do Con junto 421t

1.2 Proteo contra incndio na planta de UTE Suape II

O sistema de incndio da Usina Termoeltrica de Suape II pode-ser,

primariamente, sub-dividido em duas entidades principais: o sistema de alarme e

deteco de incndio, e o sistema de combate de incndio. Para melhor aplicao dos

mesmos e atendendo recomendaes de normas internacionais, projetam-se esses sistemas por subdivises na rea da planta.

O sistema de deteco e alarme de incndio composto por um painel central

localizado na sala de controle no prdio de controle, que monitora dois circuitos de

linhas de sinalizao e controle (SLC), cada qual composto por dispositivos de

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deteco (detectores automticos e botoeiras manuais) e dispositivos de alarme (sirenes e sinalizadores visuais). De acordo com a programao inserida, o painel tambm libera contatos secos para envio de sinais para desligamento de ventilao,

ar-condicionado, fechamento de dampers, etc.

O Sistema de gua de incndio tem por objetivo deixar sempre disponvel, para pessoal treinado e capacitado, meios para o combate de eventuais situaes de

incndio que possam vir a ocorrer na planta.

Para tanto se utiliza um sistema de distribuio de gua de incndio por toda

planta, atravs de um anel de incndio que alimentam hidrantes externos com duas

sadas de 2 ; anis internos s casas de mquinas, que alimentam hidrantes

internos com duas sadas de 1 , carretis de mangotinhos de 1, canhes monitores

de gua (dispositivos para disparo de grandes vazes de gua e com grande alcance), sistemas de sprinkler e sistemas de dilvio. Ao lado de cada hidrante encontra-se um

armrio com duas (2) mangueiras de vinte (20) metros, dimetros de 2 para hidrantes externos e 1 para hidrantes internos, tipo II, certificados de acordo com a

NBR 11861; um (1) esguicho regulvel com vazes de at 946 lpm e 2 chaves de acoplamento do tipo Storz.

Esse sistema todo abastecido por gua armazenada em um tanque de gua

de incndio exclusivamente, dimensionado para 2 horas de combate com a maior

demanda de gua da planta, e mantido pressurizado por uma bomba jockey, normalmente, e por um conjunto bombas de incndio (Eltrica e Diesel) dimensionadas de acordo com os requisitos da norma NFPA 20 - Installation of

Stationary Pumps for Fire Protection.

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Alm disso ainda existem diversos extintores de incndio de p-qumico, gs

carbnico e gua, e aplicadores de espuma para pequenos combates para combate a

pequenos focos de incndio especialmente em reas cobertas.

2. Descrio do Problema

2.1. Descrio da rea de Tancagem

A rea de tancagem da planta de UTE Suape II pode ser basicamente dividida

em duas reas separadas, sendo uma para armazenagem de quantidades menores

de leos combustveis (Diesel, pesado, lubrificante, etc.) conhecida como Day Tanks, ou tanques dirios; e outra para armazenamento de grandes quantidades de leos

combustveis pesado e Diesel, conhecida como Storage Tanks, ou tanques de

armazenamento.

2.1.1. Tanques Dirios (Day Tanks)

A rea de tanques dirios compreende um total de 1.323,62 m2, envoltos por um

muro de conteno em caso de vazamentos. Essa rea compreende os seguintes

tanques:

T abe la 2 .1 .2 .a T anques da rea de T anques D i r ios

I t em Descr io do T anque Qte . Produto

Ar mazenado Capac idade

[m 3 ] D imet ro

[m] Al tu ra

[m] 1 T anque D i r io 2 leo Pesado (HFO) 500 9 ,0 9 ,0

2 T anque In te rm ed i r io 2 leo Pesado

(HFO) 200 6 ,8 7 ,2 3 T anque de leo

Lub r i f i can te Usado 1 leo

Lub r i f i can te 55 4 ,5 3 ,6 4 T anque de Lam a

( S ludge Tank ) 1 Res duos de

Processo 80 4 ,5 5 ,4

5 T anque de gua O leosa 1 gua O leosa 55 4 ,5 3 ,6

6 T anque de leo Lub r i f i can te Novo 1

leo Lub r i f i can te 80 4 ,5 5 ,4

7 T anque de leo Lub r i f i can te 1

leo Lub r i f i can te 20 3 ,0 3 ,0

5

2.1.2. Tanques de Armazenamento (Storage Tanks)

A rea de tanques de armazenamento compreende um total de 3.600,00 m2,

envoltos por um muro de conteno em caso de vazamentos. Essa rea

dimensionada para armazenar leo em quantidade suficiente para 5 dias (ou 120 horas) de operao contnua da planta em base load capacity, ou seja, com todos seus 17 geradores funcionando a plena carga. Por esse motivo, o volume de

combustvel armazenado relativamente grande, conforme pode se ver na tabela

abaixo. Essa rea compreende os seguintes tanques:

T abe la 2 .1 .2 .b T anques da rea de T anques de Arm azenam en to

I t em Descr io do T anque Qte . Produto

Ar mazenado Capac idade

[m 3 ] D imet ro

[m] Al tu ra

[m] PAB 901 / 902

T anque de HFO 2 leo Pesado (HFO) 5 .000 21 ,5 14 ,4

PBF 901 T anque de LFO 1

leo D iese l ( LFO) 1 .000 11 ,5 10 ,8

2.2. Concepo de Proteo contra Incndio

Existem diversas formas de proteo contra sinistros em tanques. O profissional

ligado a segurana nesse tipo de instalao tem que pensar em diversas situaes

possveis, no podendo nunca se esquecer do enorme potencial inflamvel intrnseco

a armazenar quantidades to grandes de combustvel.

O primeiro ponto a ser observado na proteo de tanques com quantidades

relevantes de leo combustvel seriam suas normas de construo, seu afastamento

com relao a reas que possam estar sempre ocupadas, como escritrios

administrativos e salas de controle, ou que possam ser ocupadas esporadicamente,

como oficinas e armazns e a existncia de bacias de conteno, em caso de

vazamento.

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A ABNT NBR 17505, Armazenamento de Lquidos Inflamveis e Combustveis,

Parte 2, Armazenamento em Tanques e em Vasos, discorre, ao longo de seus

captulos 4 e 5, sobre maiores detalhes sobre os itens mencionados acima, como nas

tabelas A.4, A.5, A.6, A.7 e A.8, disponveis no Anexo 1 do trabalho, sobre as

distncias mnimas entre tanques e propriedades, de acordo com seu dimetro, regras

possveis para construo do tanque, existncia de respiros, dimensionamento de

bacias de conteno, etc.

Nesse trabalho no se entrar em muitos detalhes nesse quesito por tratar-se

mais de uma rea ligada a prpria construo do tanque, e no muito de sua proteo

contra incndio. Mais relevante ao trabalho ser o dimensionamento da bacia de

conteno, item que voltar a ser mencionado mais a frente.

Outro fator que tem que ser sempre observado tentar aplicar o mximo de

proteo passiva na planta, especialmente nas reas de maior risco agregado.

Proteo passiva se consegue atravs de utilizao de materiais no combustveis ou

retardantes a chama, aplicao de controles e lgica visando a preveno de

transbordos ou vazamentos no carregamento dos tanques, investimento em

treinamento dos operadores na preveno de acidentes, drenagem de reas sujeitas derramamentos, classificao de reas inflamveis, correto aterramento de

equipamentos eltricos, etc. A proteo passiva contra o incndio to ou mais

importante que o combate efetivo do mesmo.

Finalmente, tem-se aquele que deve ser sempre o ltimo recurso na proteo

contra incndios, que o combate em si. O combate ao incndio se compe

basicamente de se vedar a participao de um dos quatros elementos do tetraedro do

fogo na reao de combusto, que, descontrolada, pode ser extremamente perigosa,

nociva e destrutiva.

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F igu ra 2 .2 T e t raed ro do Fogo (w ik iped ia . o rg )

Mtodos de Ext ino

Combustvel: Isola-se o combustvel da reao ou isolando-o de fontes de

ignio, ou mantendo sua temperatura, no caso de lquidos combustveis,

sempre abaixo de seu ponto de fulgor.

Comburente: Isola-se o comburente da reao (entenda-se por comburente o gs oxignio) por meio de abafamento, ou seja, criar uma camada isolante ao redor do elemento combustvel vedando o acesso de quantidade suficiente de

oxignio para sustentar a queima do mesmo. Um exemplo seria jogar uma camada de espuma por cima de uma vazamento de leo combustvel.

Reao em Cadeia: Interfere-se na reao em cadeia do fogo por meio da

aplicao de agentes qumicos no mesmo. So exemplos de agentes qumicos

possveis o Bicarbonato de Sdio, FM200, Novec, etc.

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Calor: O melhor jeito de se retirar o calor da reao de queima resfriando-se a mesma, atravs da aplicao de gua (principalmente), de preferncia pulverizada o que aumenta sua rea de contato e facilita a troca de calor; e

espuma.

O objetivo da proteo ativa que, se por algum motivo todas as outras protees dos tanques falharem, se possa controlar o incndio ocorrido no o

deixando crescer demasiadamente ou se espalhar para outras reas da planta.

Esse trabalho se focar principalmente no combate ativo ao incndio. Para tanto

ser feita uma anlise das normas que o regem, principalmente a Norma Brasileira

(NBR) 17505 Armazenamento de Lquidos Combustveis, Parte 7 Proteo contra incndios para parques de armazenamento com tanques estacionrios, emitida pela

Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT).

Ao longo do trabalho referncias tambm sero feitas a normas internacionais,

principalmente s normas da National Fire Protection Association (NFPA), associao americana de normatizao da preveno e combate a incndio. Hoje em dia, a NFPA a maior (com mais de 6000 membros pelo mundo todo) e mais influente associao de segurana do mundo. Neste trabalho, sero destacada as NFPAs 11 Standard

for Low-, Medium-, High-Expansion Foam, 15 Water Spray Fixed Systems, 20

Installation of Stationary Pumps for Fire Protection, 24 Private Fire Service Mains

and their Appurtenances, 30 Flammable and Combustible Liquids Code e NFPA

850 Recommended Practice for Electric Generating Plants and High Voltage Direct

Current Converter Stations.

Cabe salientar que as normas brasileiras de proteo contra incndio so em

grande parte baseadas nas normas americanas da NFPA, um pouco mais resumidas.

Alm disso, existem as regulamentaes do Corpo de Bombeiros Local havendo

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jurisdio no estado da planta que, no caso estudado, seria o Cdigo de Segurana Contra Incndio e Pnico (COSCIP) do Corpo de Bombeiros do Estado de Pernambuco. Esse cdigo, no entanto, mais relevante no quesito de instalaes

prediais e comerciais (lojas, restaurantes, etc.) no sendo muito especfico para conjuntos industriais pesados, como no caso de uma termoeltrica.

Portanto, usar-se- nesse trabalho como norma principal de aceitao para o

projeto a NBR. Onde a NBR no for clara ou precisa, ir se recorrer s recomendaes da NFPA aplicvel.

2.3. Dimensionamento do Sistema de Proteo

De acordo com o item 5 da NBR 17505-7:2006:

O clculo da vazo de gua deve ser feito para cada situao abaixo descrita,

devendo ser adotado o maior valor de vazo que corresponda ao maior risco isolado

predominante (conforme definido na ABNT NBR 17505-1):

a) Resfriamento de um tanque atmosfrico vertical em chamas e dos tanques vizinhos (horizontais ou verticais);

b) Aplicao de espuma a um tanque vertical atmosfrico, acrescida da necessidade de aplicao de espuma para a bacia de conteno e resfriamento dos tanques

vizinhos (horizontais ou verticais);

c) Aplicao de espuma na bacia de conteno de tanques horizontais e resfriamento dos tanques da bacia de conteno vizinha (tanques horizontais ou verticais).

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Portanto, para se obter valores de referncia para a vazo total de gua

necessria no sistema, precisa-se primeiramente definir as vazes necessrias para a

proteo de cada tanque e suas bacias de conteno, quando aplicvel.

Cabe salientar tambm a definio de tanque vizinho de acordo com a NBR:

Para efeito de clculo, so considerados vizinhos os tanques que atendam a um

dos seguintes requisitos:

a) Quando o tanque em chamas for vertical e a distncia e o costado (ou parede externa) do tanque vizinho for menorque 1,5 vez o dimetro do tanque em chamas ou 15m, o que for maior

b) Quando o tanque em chamas for horizontal e a distncia entre o costado (ou parede externa) do tanque vizinho for menor que 15m

Nesse trabalho, se realizar somente com o clculo do pior cenrio possvel, ou

seja, antes de se comear o clculo se analisar qual cenrio de incndio na rea envolver os maiores tanques com a maior quantidade de tanques vizinhos. Desse

modo, garante-se que sempre haver capacidade de se promover o combate ao

incndio do jeito que for.

A partir desse momento o trabalho ser dividido em trs vertentes separadas de

clculo: uma para o clculo da vazo de gua requerida por norma utilizando- se

sistemas de proteo por canhes monitores, outra para proteo se utilizando de

anis de aspersores ao redor do tanque, e por ltimo a proteo por espuma. Para

cada vertente, se calcular primeiramente para os tanques de armazenagem e depois

para os tanques dirios.

11

Desde j, pode-se perceber que as maiores demandas sero para a rea de armazenagem de combustveis. Para rea de tanques dirios somente se confirmar

brevemente a demanda e se far um estudo de posicionamento de canhes.

2.3.1 Tanques de Armazenamento

Para proteo e combate a incndio na rea dos tanques de armazenamento

temos duas vertentes de proteo: uma de controle do fogo j existente e resfriamento dos tanques vizinhos, a fim de no permitir que o mesmo se espalhe e fique fora de

controle antes que o Corpo de Bombeiros chegue ao local; outra de extino por

abafamento pela aplicao de espuma, mtodo mais efetivo de combate em

combustveis derivados do petrleo.

Para o combate por gua (controle e resfriamento) observa-se facilmente na figura abaixo que o pior cenrio possvel seria um sinistro no tanque de HFO do meio

(PAB 902), porque envolveria os dois outros tanques (de HFO PAB 901 e de leo Diesel PBF 901) como tanques vizinhos, alm do fato de ser o prprio tanque PAB 902 o maior tanque da rea, juntamente com o PAB 901.

12

F igu ra 2 .3 .1 P lan ta de rea de Arm azen am en to de Com bus t ve is

J para o combate por espuma, algumas outras consideraes tm de ser

observadas e as mesmas sero discutidas no subseqente item 2.3.1.3.

2.3.1.1 Vazo de gua necessria para proteo por canhes monitores

De acordo com a norma, se calculam as seguintes vazes necessrias em caso

de incndio no tanque PAB 901, para sua proteo e de seus tanques vizinhos,

utilizando canhes monitores:

i. Resfriamento do Tanque PAB 902: (de acordo com o item 6.2.2.a) da NBR 17505-7)

Q s : 2 lpm/m 2 ; Q s x A t 1 = 2684,8 lpm

PAB 901 PAB 902

PBF 901

13

ii. Resfriamento dos Tanques Vizinhos PAB 901 e PBF 901: (de acordo com o item 6.2.2 b) da NBR 17505-7)

Q s = 8 lpm/m 2 ; [Q s x (A t 1 + A t 2 ) ] /2 = 7346 lpm

iii. Vazo de gua requerida total utilizando canhes monitores:

Q a c = [2684,8 + 7346] lpm = 10030,8 lpm

OBS: As reas do tanque foram obtidas da seguinte maneira:

T abe la 2 .3 .1 .1 re as de Cos tado e T e to dos T anques de Arm azen am en to

T a n qu es de HF O ( P AB 9 0 1 e P AB 9 02 ) [ m

2 ] T a n qu e d e D ie s e l ( P B F 90 1 ) [ m2 ]

r e a d e C os ta do ( A c : H x pi x D ) 9 7 9 , 4

r e a d e C os ta do ( A c : H x pi x D ) 3 9 0 , 2

r e a d o Te t o ( A t : (pi x D 2 ) / 4 ) 3 6 3 , 0

r e a d o Te t o ( A t : (pi x D 2 ) / 4 ) 1 0 3 , 9

r e a T o ta l ( A t 1 : A c + A t ) 1 3 42 ,4

r e a T o ta l ( A t 2 : A c + A t ) 4 9 4 , 1

2.3.1.2 Vazo de gua necessria para proteo por anis de aspersores

De acordo com a norma, se calculam as seguintes vazes necessrias em caso

de incndio no tanque PAB 901, para sua proteo e de seus tanques vizinhos,

utilizando canhes monitores:

i. Resfriamento do Tanque PAB 902: (de acordo com o item 6.2.2.a) da NBR 17505-7)

Q s : 2 lpm/m 2 ; Q s x A t 1 = 2684,8 lpm

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ii. Resfriamento dos Tanques Vizinhos PAB 901 e PBF 901: (de acordo com o item 6.2.2 b) da NBR 17505-7)

Q s = 2 lpm/m 2 ; [Q s x (A t 1 + A t 2 ) ] = 3673 lpm

iii. Vazo de gua requerida total utilizando aspersores:

Q a c = [2684,8 + 3673] lpm = 6357,8 lpm

OBS: As reas do tanque foram obtidas de acordo com a tabela 2.3.1.1

2.3.1.3 Vazo de gua necessria para proteo por espuma

Antes de partir para o clculo das vazes necessrias de espuma, deve-se antes

introduzir o conceito de classes de lquidos combustveis ou inflamveis e ponto de

fulgor (flashpoint) para o enquadramento de necessidade de proteo por espuma ou no, bem como suas taxas especficas e tempo de aplicao, da rea de tancagem.

Os lquidos combustveis ou inflamveis so classificados basicamente em

funo de sua temperatura de ponto de fulgor. Ponto de fulgor, por definio, ser, de

acordo com a NBR 17505-1 (Definies), menor temperatura corrigida para uma presso baromtrica de 101,3 kPA (760 mmHg), na qual a aplicao de uma fonte de ignio faz com que os vapores da atmosfera se inflamem sob condies especficas

de ensaio. O ponto de fulgor pode ser determinado pela ABNT NBR 7974 (Produtos

15

de petrleo - Determinao do ponto de fulgor pelo vaso fechado Tag) ou ABNT NBR 14598 (Produtos de petrleo - Determinao do ponto de fulgor pelo aparelho de vaso fechado Pensky-Martens).

A classificao de lquidos baseada nos pontos de fulgor corrigidos para a

presso atmosfrica ao nvel do mar de acordo com os procedimentos pertinentes. Em

grandes altitudes, esses valores so significativamente menores do que os valores

determinados ao nvel do mar ou quando corrigidos para presso atmosfrica ao nvel

do mar. Por isso existem tolerncias para melhor adequar esses lquidos. Nesse

trabalho, no entanto, se considerar que a usina est praticamente ao nvel do mar.

Os lquidos inflamveis so os lquidos cujo ponto de fulgor menor do que 37,8oC. Existe toda uma classificao especial para eles, mas como nesse trabalho

nenhum lquido se enquadra nesse perfil, no se entrar em detalhes com relao a

isso.

J os lquidos combustveis so classificados em:

Classe II: qualquer lquido que tenha o ponto de fulgor igual a ou acima de 37,8oC

e menor que 60oC.

Classe IIIA: Qualquer lquido que tenha o ponto de fulgor igual a ou acima de 60oC

e menor que 93oC.

Classe IIIB: Qualquer lquido que tenha o ponto de fulgor igual a ou acima de 93oC.

Todos os derivados do petrleo no possuem caractersticas absolutas e

invariveis de um carregamento para o outro, at mesmo como conseqncia de seu

processo de refino, portanto no se podem atribuir valores exatos para o ponto de

16

fulgor dos lquidos que estaro armazenados nos tanques da termoeltrica. No entanto,

podem se trabalhar com valores referncias e assumidos para base de clculo.

Para o HFO foi informado pelo fabricante dos motores, no seu Wrtsil 32

Power Plant Product Guide, item 12.1 Fuel Requirements, sub item 12.1.2 Heavy

Fuel Oil, na tabela 71 (representada abaixo) que a temperatura mnima de Ponto de Fulgor do combustvel pesado usado na planta deve ser de 60oC, portanto

classificando o lquido como lquido combustvel classe IIIA, de acordo com os

preceitos da tabela 1 do item 4 da ABNT NBR 17505-1.

T abe la 2 .3 .1 .3 .a C arac te r s t i cas do HFO (W ar t s i l a Power P l an t P roduc t Gu ide )

17

Para o LFO foi informado pelo fabricante dos motores, novamente no seu

Wrtsil 32 Power Plant Product Guide, item 12.1 Fuel Requirements, sub item

12.1.1 Light Fuel Oil, na tabela 70 (representada abaixo) que a temperatura mnima de Ponto de Fulgor do combustvel pesado usado na planta deve ser de 50oC,

portanto classificando o lquido como lquido combustvel classe II, de acordo com os

preceitos da tabela 1 do item 4 da ABNT NBR 17505-1. Pode at ser que o lquido

armazenado tenha um ponto de fulgor acima disso, afinal a tabela prescreve valores

mnimos, mas, tratando-se de segurana, deve-se sempre trabalhar com os piores

casos possveis, ento todos LFO na planta ser classificado como lquido

combustvel classe II.

T abe la 2 .3 .1 .3 .b C arac te r s t i cas do HFO (W ar t s i l a Power P l an t P roduc t Gu ide )

18

De posse dessas informaes, pode-se desenvolver a anlise das vazes

necessrias de mistura gua/concentrado de espuma nos consumidores para proteo

da rea.

2.3.1.3.1 Vazo de gua necessria para cmaras de espuma

Cmaras de Espuma so dispositivos que derramam espuma em direo a

parede interna do tanque (ver esquemtico abaixo), objetivando a extino por abafamento e resfriamento de qualquer fogo que venha a ocorrer dentro do tanque de

armazenamento de lquidos inflamveis ou combustveis.

F igu ra 2 .3 .1 .3 .1 .a Esquem t i co de Func ionam en to de um a Cm ara de

Espum a (Na t iona l Fo am Eng inee r ing Manu a l )

De acordo com a NBR 17505-7, item 8.3.1.2:

Todos os tanques atmosfricos de teto fixo que contenham produtos de classe I

ou II e que possuam dimetro superior a 9 m ou altura superior a 6 m devem possuir

19

um sistema fixo de aplicao de espuma (cmara de espuma ou injeo subsuperficial ou semi-superficial) para proteo e combate a incndio.

O tanque PBF 901 tem todas as caractersticas descritas no item 8.3.1.2 da NBR

17505-7, portanto dever contar com um sistema interno de proteo por espuma. O

sistema mais comum, barato e simples o por cmara de espuma.

Na Tabela 4 da NBR 17505-7 encontram-se os requerimentos de quantidade

mnima de cmaras de espuma por tanque de acordo com seu dimetro:

T abe la 2 .3 .1 .3 . c T abe la 4 da N BR 175 05 -7

Como o dimetro do tanque PBF 901 de 11,5 m, somente uma cmara de

espuma necessria.

Para dimensionamento da vazo e da quantidade de espuma necessria, utiliza-

se a Tabela 5 da norma:

20

T abe la 2 .3 .1 .3 .d T abe la 5 da N BR 175 05 -7

A rea de aplicao seria a rea de superfcie do lquido, a qual considera-se

como sendo igual a rea do teto calculada na tabela 2.3.1.1 de 103,9 m2, portanto:

Q s = 4,1 lpm/m 2 ; Q a e = Q s x A t = 426 lpm = 25,56 m 3 /h

Tendo que o tempo de aplicao igual a 30 minutos e que a taxa de mistura

gua/concentrado de espuma de 3 partes de lquido gerador de espuma (LGE) para cada 100 partes de mistura gua/LGE, tem-se como quantidade mnima requerida de

LGE:

426 lpm x 30 min x 3% = 383,4 l i t ros de LGE

2.3.1.3.2 Vazo de gua necessria para proteo da bacia de conteno do

tanque por monitores e/ou mangueiras

21

Nesse item, proteo da rea dicada ao redor dos tanques, a NBR 17505-7 se

torna um pouco vaga e, por pontos, errnea, como no item 8.8 (Proteo da Bacia de Conteno de Tanques Verticais), onde no estabelece uma taxa especfica por metragem quadrada da rea, mas sim uma taxa fixa de 200 lpm de mistura gua/LGE

independentemente do tamanho da rea. Como se ver abaixo, o recomendvel para

essa rea envolve valores bem maiores.

Portanto, nesse quesito sero adotados os preceitos do captulo 5 (Low Expansion System Design) da NFPA 11 (Standard for Low-, Medium-, High-Expansion Foam) sub-item 7 (Diked Areas Outdoor).

Como explicado no comeo do captulo, todos os tanques possuem diques ao

redor de sua bacia de conteno de vazamentos, mas na norma s se faz meno a

proteo por espuma atravs de sistemas fixos em reas onde possa haver

derramamento de lquidos combustveis classe II, ou, no caso, LFO.

Essa possibilidade maior na rea ao redor do tanque PBF 901, e infinitamente

menor ao redor dos tanques de HFO (lquido classe IIIA), visto que a nica possibilidade de derramamento de lquido classe II ao seu redor seria o rompimento de

uma das tubulaes de Diesel que passam por essa rea. Por isso, isolou-se a bacia

de conteno ao redor do tanque de LFO.

Obedecendo aos critrios estipulados na ABNT NBR 17505-2 Armazenamento

de lquidos inflamveis e combustveis parte 2: armazenamento em tanques e vasos

os quais estipulam um rea de dicagem mnima igual ao volume do maior tanque

incluso nessa rea, respeitando um altura mxima de parede de dique de 2,8 m,

estipulou-se:

rea de dicagem ao redor do tanque PBF 901: 17 m x 30 m = 510 m2. Sabendo que a rea do tanque de aproximadamente 104 m2, temos que a rea total

22

disponvel para conteno de lquido derramado de 406 m2(Aa). O volume do maior tanque na rea (e nico) de 1000 m3, portanto temos uma altura de parede de 1000m3 / 406 m2, ou seja, aproximadamente 2,5m, dentro da norma.

Busca-se sempre no desenvolvimento desses projetos a sada mais simples para todas as situaes com o intuito de sempre facilitar a construo e baratear sua

aplicao. A construo de um dique ao redor do tanque de Diesel no algo simples,

mas aparece como uma boa soluo ao passo em que elimina a necessidade de

proteo por espuma ao redor dos outros dois tanques, muito maiores.

T abe la 2 .3 .1 .3 .2 T abe la 5 .7 .3 . 2 da NFP A 11

Q s = 6,5 lpm/m 2 ; Q a e = Q s x A a = 2639 lpm



LGE:

2639 lpm x 20 min x 3% = 1583,4 l i t ros de LGE

23

Cabe salientar que essa vazo de espuma (2639 lpm) tem que estar disponvel tanto para a utilizao dos canhes ou de mangueiras conectadas a hidrantes locais.

2.3.1.3.3 Vazo de gua necessria para proteo da bacia de conteno do

tanque por derramadores de espuma

Derramadores de espuma (low level foam discharge outlets) so dispositivos que derramam espuma em direo a parede interna do dique (ver esquemtico abaixo), objetivando a extino por abafamento de qualquer fogo que venha a ocorrer dentro do tanque da rea de conteno por derramamentos, vazamentos ou sobre

enchimento na rea de tancagem.

F i gu r a 2 .3 .1 . 3 . 3 P r o te o d e re a D i c a da (N a t i o na l F oa m E ng in ee r i ng Ma n u a l )

A rea de proteo nesse caso seria a mesma utilizada no clculo de vazo de

espuma do item 2.2.2.2.3.2, e o critrio de clculo tambm seria a taxa especfica

obtida atravs da tabela 5.7.3.2.

24

Q s = 4,1 lpm/m 2 ; Q a e = Q s x A a = 1664,6 lpm



LGE:

1664,6 lpm x 20 min x 3% = 1000 l i t ros de LGE

2.3.2 Tanques de Armazenamento - Resumo das Vazes Necessrias

Proteo Mtodo Vazo Mnima [ lpm] Quant idade de

LGE [L] g u a - P i o r C en r i o

( P A B 90 2 ) C a n h es

Mo n i t o re s 10030 ,8 N /A

A s pe rs o re s 6357 ,8 N /A E s pu m a - I n t e r i o r

d o Ta nq ue P BF 9 0 1 C m a r a d e

E s pu m a 426 383 ,4

E s pu m a Ba c i a d e Co n te n o

C a n h es Mo n i t o re s e / ou Ma n g ue i r as 2639 1583 ,4

D e r r am ad o r es 1664 ,6 998 ,8

T abe la 2 .3 .2 Resum o das vazes necess r ias pa ra p ro teo da rea de

tanques de a rm azena m en to

Pode-se perceber que o clculo total da vazo necessria vai ser feito baseado

na quantidade de gua necessria para resfriar o tanque PAB 902 e seus tanques

vizinhos em caso de incndio no mesmo, uma vez que as quantidades de gua

envolvida por hora nesse cenrio so muito maiores que nas protees por espuma.

No prximo captulo se realizaro os clculos que confirmaro as vazes

necessrias bem como suas presses para atender os requerimentos de perda de

25

carga e operabilidade do sistema, podendo, assim, serem definidas as especificaes

das bombas de incndio bem como o dimetro das redes de incndio.

2.3.3 Tanques Dirios Detalhamento de Vazes NEcessrias

Um profissional mais experiente repararia logo de incio que a rea dos tanques

dirios no representaria uma fonte de consumo de gua ou espuma maior do que a

rea de armazenagem devido, sobretudo, ao tamanho dos tanques l localizados.

De qualquer jeito, se realizar o clculo da maior demanda de gua, que pode ser no combate por gua do maior tanque e seus tanques vizinhos ou na aplicao de

espuma na bacia de conteno.

2.3.3.1 Proteo por gua O pior cenrio possvel seria um incndio no tanque 1 abaixo, que envolveria os

tanques 2, 3, 4, 5, 6 e 7 como vizinhos.

26

F igu ra 2 .3 .3 .1 .a P l an ta da rea d e T anques D i r ios

As reas envo lv idas nesses tanques so as segu intes:

1 Dimetro - D: 6,8m

Altura - H: 7,2m

Area de Costado Ac: H x pi x D = 153,81m2

rea de Teto At: (pi x D2) / 4 = 36,31m2 rea Total - At1: Ac + At = 190,13m2

2 Dimetro - D: 9,0m

Altura - H: 9,0m



27

3 Dimetro - D: 9,0m

Altura - H: 9,0m



4 Dimetro - D: 6,8m

Altura - H: 7,2m



5 Dimetro - D: 4,5m

Altura - H: 3,6m



6 Dimetro - D: 4,5m

Altura - H: 3,6m



7 Dimetro - D: 4,5m

Altura - H: 5,4m


rea de Teto At: (pi x D2) / 4 = 15,90m2

28

rea Total - At7: Ac + At = 92,24m2

Pode-se ento calcular a demanda mxima de gua, de acordo com item 6.1.a) da ABNT NBR 17505-7, baseada em nas vazes especficas:

Q s 1 : 2 lpm/m 2

Q s 2 = 8 lpm/m 2 para D 8m

Q s 3 = 5 lpm/m 2 para 8m D 12m

Q s 4 = 3 lpm/m 2 para 12m D

Tem-se ento:

Q1 = Qs1 x 0,333 x At1 = 126,75lpm

Q2 = Qs2 x 0,333 x ( At2 + At7) = 1094,24lpm

Q3 = Qs3 x 0,333 x ( At3 + At4 + At5 + At6) = 1069,72lpm

Q t = Q 1 + Q 2 + Q 3 = 2290,71 lpm

Cabe salientar que por no ser muito alta a vazo necessria nessa rea, e por ser

menor do que as vazes necessrias na rea de armazenamento no h sentido em

se construir anis de aspersores ao redor desses tanques.

A reduo na demanda de gua no seria considervel, como acontece com os

tanques de armazenamento, no haveria reduo aprecivel no dimetro das redes de

transporte de gua at essa rea e no h reduo alguma no dimensionamento das

bombas da incndio, uma vez que essas estaro sendo dimensionadas pelas maiores

29

8,5 29,47 25,26 24,55 23,14 19,60 0

PRESSO DE ENTRADA x ALCANCE

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9PRESSO ENTRADA ( kgf/cm)

ALC

AN

CE (m

etro

s)

consumidores, ou seja, os sistemas de proteo por gua dos grandes tanques de armazenamento.

Alm disso, a opo da proteo por canhes monitores se mostra muito mais

verstil, uma vez que um canho trabalhando com presses de entrada de gua da

ordem de 7 bar possui alcance de cerca de 25 metros, conforme informaes do

fabricante do esguicho utilizado no grfico abaixo:

F igu ra 2 .3 .3 .1 .b G r f i co de a l cance do ja to de gua do esgu i cho do canho dos tanques d i r ios com a p resso de en t rada no m esm o

(Ca t logo T cn ico Mecn ica Reun id a )

Assim, pode-se reparar no desenho abaixo que fazendo um arranjo com apenas 4 canhes monitores alcanam-se todos os tanques na rea (crculos de alcance so os crculos maiores azuis) e ao mesmo tempo todos eles ficam a uma distncia mnima de 15 m do costado de tanque mais perto, conforme requerido no item 7.4.7

da ABNT NBR 17505-7:

Os hidrantes e canhes fixos, quando manualmente operados, devem ficar

afastados no mnimo 15 m do costado ou parede externa do tanque a ser protegido

30

F igu ra 2 .3 .3 .3 . c Co ber tu ra po r canhes da rea dos tanques d i r ios

2 .3.3.2 Proteo por Espuma

Para os tanques dirios observa-se na tabela 2.1.2.a que nenhum deles

armazena nenhum tipo de lquido que possa ser classificado como combustvel classe

II, portanto no se faz necessria, por norma, nenhuma proteo por espuma na rea.

No entanto, recomenda-se sempre o posicionamento ao redor da bacia de

conteno de pelo menos dois dispositivos mveis de espuma, com capacidade para

120 L de LGE. Esses dispositivos armazenam o LGE dentro deles e so portteis,

podendo ser levados para locais em que tenha havido algum pequeno vazamento e

por algum motivo, um pequeno fogo tenha comeado. Para mais detalhes ver folha de

dados no anexo 2.

31

Estudos mostram que a esmagadora maioria das ocorrncias de incndio em

plantas industriais de pequenos focos provenientes de pequenos vazamentos ou da

existncia de qualquer outro tipo de material inflamvel em reas abertas. A prpria

NFPA 11, em seus materiais explicativos no final da norma, diz no item A.5.9:

Mangueiras de espuma auxiliares podem ser supridas do anel principal de

incndio ou podem ser providos equipamentos adicionais de espuma. Esse

suplemento explicitado aqui no tem a inteno de combater fogo proveniente de

grandes vazamentos, mas sim considerado como um primeiro socorro para extino

ou cobrir de espuma pequenos vazamentos em metros quadrado da ordem de seis

vezes a capacidade do bico, em lpm. (...)

32

3. Clculo Hidrulico e Definio de Componentes

Baseado nas vazes calculadas de acordo com as normas aplicveis no captulo

anterior, agora se determinar as caractersticas necessrias nas bombas, como

vazo nominal e altura manomtrica mnima necessria, e os dimetros requeridos

para as tubulaes. Depois baseado nessas informaes, se escolhero os

equipamentos aplicveis para uma posterior anlise econmica dos opes cabveis.

A definio das vazes e alturas manomtricas da bomba ser feita baseada no

cenrio com maior consumo de gua, que so os combates por gua no pior cenrio

de fogo no tanque de armazenagem de HFO PAB 902 atravs de canhes monitores e

aspersores.

Uma vez que esses dois cenrios tenham sido rodados, as caractersticas

mnimas das bombas estaro definidas, j que nenhum outro cenrio necessita de maior vazo ou mais presso.

Ser feita tambm uma rpida anlise para balanceamento da rede at a cmara

de espuma e outra anlise com intuito comparativo entre a utilizao de canhes

monitores de espuma e a utilizao de derramadores de espuma para proteo da

bacia de conteno.

Os clculos de vazo sero feitos utilizando o software de clculo hidrulico

PipeNet 1.3, mdulo Spray/Sprinkler, o software mais conhecido e usado no meio da

indstria de incndio para balanceamento de redes hidrulicas. O objetivo do trabalho obter os resultados do software, ento se far uma breve explanao de seu

funcionamento usando como exemplo o clculo feito a partir do cenrio de proteo

por gua na rea dos tanques de armazenamento por canhes monitores, e para as

demais reas somente se dar os resultados gerados pelo PipeNet.

33

O PipeNet uma das mais poderosas ferramentas disponveis no mercado para

clculo de vazo de fluidos em tubulaes fechadas. O mdulo Spray/Sprinkler foi

desenvolvido especificamente para os tipos de sistemas de proteo contra incndio

que so usados em plantas de processo e similares, tais com refinarias, plantas

petroqumicas, usinas termoeltricas, etc.

O Mdulo Spray/Sprinkler um programa de modelagem para regime

permanente cujo objetivo garantir que o dimensionamento das bombas, dimetros das bombas, bocais, etc. sejam adequados. Esse mdulo obedece s regras da NFPA.

3.1 Modelo de Clculo do Software

O software trabalha num modelo em que a perda de carga modelada utilizando

a seguinte equao:

dP = dP f r i c + dP e l e v + dP p l a t

Onde:

dPfric a queda de presso devido a atrito e acidentes

dPelev a perda de presso devido a mudana na elevao

dPplat a perda de presso devido a qualquer placa de orifcio que esteja instalada

A perda por frico calculada de acordo com a frmula emprica de Hazen-

Williams, que fornece resultados atravs da seguinte expresso explcita, no sistema

internacional (SI):

34

=6,05 10 +

,

, ,

Onde:

L o comprimento da tubulao

Le comprimento equivalente dos acidentes da tubulao

Q a vazo volumtrica do fluido em litros por minuto

D o dimetro da tubulao em mm

C a constante de Hazen-Williams (ou fator C) da tubulao

A perda de carga causada pela diferena de elevao entre dois pontos da

tubulao expressa da seguinte forma:

Pe lev = x g x Z

Onde:

a densidade do fluido

g a acelerao da gravidade

Z a diferena de elevao entre os dois pontos da tubulao

3.2 Input de Dados no Software e Resultados Canhes Monitores

Baseado nas informaes de comprimento de tubulao (em metros), quantidade de acidentes (curvas, cotovelos, Ts, Vlvulas, etc.), diferena de altura

35

entre pontos (em metros), vazes mnimas (em litros por minuto), presses mnimas e mximas operacionais (em bar manomtrico) e fator CV (em lpm / bar1/2) nos pontos de descarga fornecidas ao software no modo Design, o mesmo calcular os dimetros

adequado para a tubulao do sistema, baseado em preceitos da NFPA que orientam

sobre velocidades mximas do fluido na tubulao.

Busca-se sempre diminuir a velocidade do fluido na tubulao a fim de minimizar

a perda de carga ao longo do percurso, diminuindo assim o consumo energtico da

bomba e seu tamanho, e para minimizar o efeito do martelo hidrulico na mesma

(efeito vlido para as tubulaes secas dos sistemas de dilvio). Tubulaes de incndio geralmente no so operadas 24 horas por dia, na verdade, elas tendem a

ser raramente usadas, por isso a eroso conseqente do escoamento no chega a ser

um problema grave nas mesmas. Por essa razo, podem se trabalhar com

velocidades superiores que os 3 m/s utilizados em tubulaes de processo.

Ao mesmo tempo, ele fornecer, no bico mais remoto (input do sistema hidrulico), os requerimentos de vazo e presso mnimos para atender a esse sistema. No caso dos canhes monitores, isso ser suficiente para dimensionar o

sistema, visto que se trata de um sistema simples. No caso do sistema de aspersores,

existem alguns detalhes a mais, devido existncia de vlvulas de controle em

paralelo, que sero discutidos mais a frente.

Como calculado no captulo anterior, sabemos que a vazo requerida de gua

para a proteo dos tanques de armazenamento por canhes monitores de 601,8

m3/h, ou 10.030 litros por minuto.

Como tm de se jogar gua nos 3 tanques ao mesmo tempo, no pior cenrio, optou-se pela utilizao de 6 canhes monitores (2 para cada tanque), conforme figura abaixo. Isso implica numa vazo de aproximadamente 1680 lpm para cada canho.

36

F igu ra 3 .2 .b P os ic ionam en to dos canhes ao redo r da rea de tancagem

Procurando no catlogo da Elkhart, maior fabricante mundial de bicos para

combate a incndio, escolheu-se o modelo Master Stream Slect-o-Stream, CJ Series

que possui vazo de 1953 lpm @ 6,9 bar e um CV de 738,5 lpm x bar-1/2 de acordo

com catlogo disponvel no anexo 3. Como no se sabe a presso exata que vai

existir no ponto, escolhe-se esse e depois se verifica se ele aplicvel ou no.

A seguir todos os comprimentos de tubulao, diferenas em alturas e acidentes

na tubulao em funo de ns so inputados no programa. As diferenas de altura

foram desconsideradas nesse caso por nunca serem nem perto de 2 metros, ou seja, no seria algo que influenciaria diretamente no clculo.

As tubulaes so inputadas em formatos de n, ou seja, se colocam o comprimento de tubulaes e acidentes entre dois pontos distintos. Para esse clculo

foram criados 28 ns, de acordo com o esquemtico abaixo:

37

F igu ra 3 .2 .b Esque m t i co no so f tware de m ode lagem do ane l pa ra

canhes

A seguir, o software realizou os clculos baseados em iteraes numricas. O

primeiro passo verificar os dimetros utilizados e analisar se as velocidades na

tubulao no esto muito altas. Deve-se sempre, nessa hora utilizar-se do bom senso,

pois tubulaes maiores tm maior custo por metro de tubulao, so mais pesadas e

complexas e trabalhosas de serem instaladas.

Outra observao importante que foram definidos 2 grupos de tubulaes, aos

quais devem todos possuir o mesmo dimetro. O primeiro grupo o das tubulaes do

anel principal. Eles tem de ter o mesmo dimetro devido, principalmente, ao fato de

seu arranjo em formato de anel. Tal fato previsto na NFPA 24 Installation of Private Fire Service Mains and they Appurtenances, visando a operacionabilidade do

sistema em caso de impossibilidade de utilizao de um dos trechos de um circuito do

anel.

38

O outro grupo o da tubulao que vai aos canhes. Tal grupo foi todo definido

com 4 polegadas de dimetro pois se objetiva ter a maior presso possvel na entrada dos esguichos (maior alcance).

Feitas as observaes acima, analisam-se os resultados apresentados pelo

software. Abaixo, um zoom da rea com maior velocidade na rede, que justamente perto do input de gua no sistema, antes da diviso do anel, perto das bombas:

F igu ra 3 .2 . c Ve loc i dades nas tubu lae s pe r to das bom bas

Como se pode observar, as maiores velocidade de fluido na tubulao so de

3,84 m/s, valores que se podem considerar aceitveis no se desejam velocidades acima de cerca de 4, 5 m/s na tubulao. Cabe salientar tambm que os tringulos

com pontos pretos no seu interior so os canhes da rea de tanques dirios, que

nessa simulao encontram-se fechados, como se pode observar na velocidade do

fluido na tubulao que vai at eles.

39

Outra observao importante que no outro lado da rede, as velocidades do

fluido so baixssimas, como se pode observar na figura abaixo. Mas no seria

recomendvel se utilizar uma tubulao muito menor nesse trecho, pois em caso de

um dos ramais da tubulao (superior ou inferior) no estiver operando, a vazo no outro ramal subir muito, juntamente com a velocidade do fluido na rede. Por isso, fez-se uma iterao simulando um ramal inoperante:

F igu ra 3 .2 .d V e loc i dades nas tubu lae s m a is d i s tan te das bom bas

F igu ra 3 .2 .e V e loc i dades nas tubu lae s com um ram a l i nope ran te

40

Como se observa, as velocidades continuam relativamente baixas (entorno de 2 m/s na regio crtica), ento se diminuir o dimetro da tubulao da rea equivalente a pintada em amarelo na figura acima. Reduzir-se- o dimetro para 8, o que passa a

representar uma economia significativa quando se repara que esse trecho possui

aproximadamente 160 metros de comprimento.

F igu ra 3 .2 . f Ve loc i dades nas tubu lae s com d im et ro r eduz ido

F igu ra 3 .2 . c Ve loc i dades nas tubu lae s com d im et ro r eduz ido e r am a l

b loquea do

41

Para finalizar esse estudo, analisa-se agora a vazo e presso mnima

necessria no ponto mais remoto do sistema para balano hidrulico. Esse dado

fundamental para definio da bomba a ser aplicada nessa situao, e o ponto mais

remoto do sistema o ponto de descarga da casa de bombas do sistema de incndio

da planta.

F igu ra 3 .2 .h Resu l t ado de Presso e Va zo no p on to de e n t rada da rede

Ou seja, precisa-se de uma bomba, ou uma combinao de bombas, que fornea(m) 11646,83 lpm @ 8,33 bar manomtricos no mnimo. Tais valores podem ser checados no relatrio emitido pelo programa disponvel no anexo 4.

3.2.1 Seleo e Quantitativo de Equipamentos

Primeiramente, j se tm definidos as quantidades e seus respectivos dimetros de tubulao necessria:

Tubulao de Ao Carbono ASTM A53 Gr.B, Sch.40, 10: 360 m



42

Alm disso, precisam-se de 10 canhes monitores (6 para os tanques de armazenamento e 4 para os tanques dirios) com entrada de 4, e 6 esguichos para canho monitor Elkhart Master Stream Slect-o-Stream, CJ Series, cuja folha de dados se encontra no anexo 3.

Para seleo das bombas, algumas outras consideraes tm de ser feitas, no

so apenas necessrios os valores requeridos pelo sistema de vazo e presso.

Primeiramente, de acordo com a NFPA 20 Standard for the Installation of

Stationary Pumps for Fire Protection, tm-se de prover 2 meios distintos de

motorizao de ao menos 2 bombas capazes de atender, individualmente, a maior

demanda necessria do sistema. Geralmente se opta, primariamente, por uma bomba

eltrica movida por um motor eltrico, geralmente trifsico, 60 Hz. A outra bomba,

secundria, seria movida por um motor a combusto interna do ciclo Diesel.

F igu ra 3 .2 .1 .a ba co de Bom bas de Incnd io E t ano rm (Ca t logo T cn ico KSB)

43

Olhando a tabela de escolha acima da KSB Etanorm R, v-se que a bomba

que atenderia a demanda do sistema seria a da srie 300-400R. Abaixo est a curva

de performance desta bomba:

F igu ra 3 .2 .1 .b Curva de Per f o rm ance Bom ba E tano rm 300-400R @ 3500

RPM (Ca t log o T cn ico KSB)

Repara-se que essa bomba no seria a melhor escolha para o sistema em

questo, pois operando na sua vazo mxima, a bomba estaria trabalhando com cerca

de 60% de eficincia. No entanto, rarssimas vezes o sistema operar nessa condio,

e todos os outros cenrios trabalharo com vazes ainda menores, ou seja com menor eficcia ainda. Cabe ressaltar que no cenrio destacado, a potncia de acionamento

requerida pela bomba de 280 kW.

Portanto, decide-se usar duas bombas em paralelo, cada uma fornecendo 350

m3/h @ 8,3 bar, aproximadamente. Conforme mesmo processo descrito acima,

selecionam-se 2 bombas Etanorm 100-200 com dimetro de rotor de 219 mm.

Percebe-se na curva de performance abaixo que elas estaro trabalhando bem mais

perto do ponto de eficincia mxima e demandando cerca de 90 kW cada uma. Alm

44

disso, pode-se configurar no painel de controle das bombas, atravs de pressostatos

detectando a queda de presso na linha a juzante das bombas, que quando a demanda for pequena somente uma das bombas entre em operao.

F igu ra 3 .2 .1 . c Curva de Per f o rm ance Bom ba E tano rm 100-200 @ 3500


Acontece que essa bomba projetada para rotaes da ordem de 3500 rpm e no recomendvel se trabalhar com essa rotao para motores a Diesel, portanto

uma outra bomba foi escolhida: Etanorm 124-400 com dimetro de rotor de 419 mm,

funcionando a cerca de 1750 rpm. Tambm sero utilizadas duas bombas em paralelo.

A potncia de acionamento da ordem de 95 kW por bomba.

45

F igu ra 3 .2 .1 . c Curva de Per f o rm ance Bom ba E tano rm 124-400 @ 1750


De posse desses dados, deve-se agora ratificar o estudo feito no PipeNet

jogando a curva da bomba eltrica e os pontos calculados da bomba Diesel (o software se encarrega de fazer o ajuste da curva a partir dos pontos dados) para fazermos uma anlise real do que ocorrer no sistema.

A vazo e a presso nos canhes mais remotos (os canhes de proteo do tanque PBF 901) ficaram acima do mnimo requerido pela norma e, alm disso, se observou que a distribuio de presso ao longo dos 6 canhes ficou bastante

uniforme, o que garantir um alcance uniforme de gua para todos os canhes. Por

isso, considera-se apropriado o set de bombas eltricas escolhidas.

As curvas de perfomance da bomba Diesel (KSB Etanorm 124-400) so muito parecidas com a da bomba eltrica, ento se assumir que a mesma est

propriamente dimensionada para o sistema tambm.

Alm disso, precisa-se ainda de uma bomba Jockey, ou seja, uma pequena bomba que trabalha com uma altura manomtrica alta, mas com vazes bem

pequenas, somente para manter a rede do anel pressurizada o tempo todo. Como

46

essa uma bomba mais ou menos padro em sistemas de incndio foi escolhido logo

uma KSB Movitec VF 2/8, com Q= 2 m3/h e H= 90 m.

O relatrio gerado pelo software para esse cenrio encontra-se no Anexo 5.

3.3 Input de Dados no Software e Resultados Anis de Aspersores

Para se modelar esse sistema, primeiramente algumas consideraes tm de

ser feitas. Esse sistema de anis aspersores se utilizar de uma vlvula de comando

(do tipo on/off) para cada rede de anis ao redor de cada tanque. Para maiores detalhes, ver diagrama abaixo:

F igu ra 3 .3 .a D ia g ram a do s i s tem a de an is aspe rso res

Como se pode ver no diagrama, necessrio um manifold de vlvulas dilvios

para controlar a vazo de gua para os anis de aspersores de cada tanque. Essas

vlvulas dilvio so vlvulas especiais, que so automaticamente abertas em caso de

47

aumento anormal da temperatura do costado ou teto do tanque e no se fecham at

que haja interveno manual do operador para rearme da mesma.

O acionamento automtico da vlvula feito atravs de uma rede de anis de

menor dimetro que construda logo abaixo ou acima dos anis de aspersores. Essa

rede, conhecida como rede de anis de deteco, cheia de gua da prpria rede de

incndio, conectada ao trim de atuao da vlvula e repleta de sprinklers, bicos

fechados por elementos fusveis que se rompem caso a temperatura ambiente

ultrapasse certos valores predefinidos, distribudos conforme NFPA 15. No caso de

rompimento de um sprinkler, um fluxo de gua se estabelecer por esse ponto

causando uma queda de presso no trim de atuao da vlvula dilvio, causando sua

abertura.

Cabe observar que no manifold tambm haver uma vlvula dilvio comandando

o sistema de espuma da cmara de espuma do tanque PBF 901 e outra ainda

comandando o sistema de derramamento de espuma para proteo da bacia de

conteno do tanque PBF 901. Essas vlvulas tero acionamento eltrico remoto,

atravs de um chaveamento na sala de controle da planta, alm claro do

acionamento manual local obrigatrio para todos os tipos de vlvulas dilvio.

Para facilitar o clculo do sistema, a anlise ser dividida em duas fases:

primeiramente anlise dos trs tipos de anel, verificar os dimetros necessrios e

obter os valores de presso e vazo necessrios no ponto mais remoto baseado nas

informaes de vazes e presses mnimas necessrias nos bicos e presses

mximas operacionais dos mesmos conforme requerido pela NFPA 15. Depois,

substituio dessa rede toda por bicos equivalentes, determinando o fator CV

equivalente da rede de anis ao redor do tanque toda, para simplificar o clculo do

anel principal.

48

O primeiro passo para o dimensionamento do anel se determinar quantos

anis sero necessrios e quantos bicos por anel, para assim saber a vazo

necessria em cada bico.

De acordo com o item 6.2.4 da NFPA 15 Water Spray Fixed Systems for Fire

Protection, edio 2007, o posicionamento dos bicos de um sistema de aspersores

deve incluir uma anlise de todos dos seguintes fatores:

A forma e o tamanho da rea a ser protegida

O projeto do bico e as caractersticas do padro de gua emulsificada produzida

O efeito do vento e rajadas de fogo em gotculas muito pequenas ou em gotas grandes com pouca velocidade inicial

O potencial de a gua errar o alvo e aumentar o desperdcio de gua

Efeitos da orientao do bico nas caractersticas de cobertura

Potencial para dano mecnico

F igu ra 3 .3 .b P adro de desca rga ho r i zo n ta l do B ico MV-10 ( Ca t logo T cn ico K idde Bras i l )

49

Olhando a figura a cima, percebe-se que o bico possui uma projeo cobrindo uma boa poro de rea do tanque. No entanto, no se deve trabalhar muito afastado do

tanque devido influncia do vento e at pela maior complexidade no

desenvolvimento da suportao do anel. Cabe ressaltar que um corte feito

horizontalmente a essa projeo teria aproximadamente o mesmo padro e isso muito importante para espaamento lateral de bicos no mesmo anel.

Foi adotada ento uma separao entre o bico e o costado do tanque de 1m.

Entre bicos, lateralmente, foi utilizada uma separao mxima de 4 metros. Assim

tem-se, dividindo o permetro do anel pela distncia entre bicos, um total de 18 bicos

por anel para os tanques PAB 901 e PAB 902 e de 10 bicos para o tanque PBF 901.

Para achar o nmero de anis, considera-se como distncia mxima vertical entre

anis o mesmo espaamento utilizado horizontalmente. Assim, temos um total de 4

anis para os tanques PAB 901 e PAB 902 e de 3 anis para o tanque PBF 901.

No total ento se tm 72 bicos nos tanques PAB 901 e 902, e 30 no tanque PBF

901. Assim as vazes mnimas requeridas por bico nos tanques PAB so: 2683,33 lpm

/ 72 bicos = 37,27 lpm / bico. J no tanque PBF 901 de 992 lpm / 30 bicos = 33,07

lpm / bico. Tem-se ainda da folha de dados do equipamento que a presso mnima de

trabalho do bico 2,5 bar. Esses dados foram todos inputados no PipeNet que gerou o

seguinte resultado:

Tanques PAB 901 e PAB 902

Tubulao de alimentao dos anis (at segundo anel): 6

Tubulao de alimentao dos anis (a partir do segundo anel at o teto): 4

Anis: 1,5

Tubulao do teto: 2,5

Ramais: 2

50

Tanque PBF 901

Tubulao de alimentao dos anis (at primeiro anel): 4

Tubulao de alimentao dos anis (a partir do primeiro anel at o teto): 2,5

Anis: 1,5

Tubulao do teto: 1,5

Ramais: 1

OBS.: No se colocou o print screen do software, pois a visualizao iria ficar muito

ruim.

Utilizando o clculo do software para bico mais remoto, obtivemos os seguintes

valores de fator CV para serem usados no clculo do anel principal:

T anque Vazo mn . [ lpm] Presso mn .

[bar ] Fa to r CV

[ lpm/bar 0 , 5 ] PAB 901 2337,55 5 ,2 1025,08 PAB 902 2337,55 5 ,0 1045,38 PBF 901 967,42 4 483,71

T abe la 3 .3 Va lo res de f a to res CV pa ra b i cos equ iva len t es aos s i s tem as

de d i l v io

Inputando esses valores acima, obtivemos o seguinte resultado para clculo dos

dimetros:

51

F igu ra 3 .3 . c D im et ros ca lcu lados pe lo PipeNe t

Onde a tubulao azul tubulao de 6, a roxa de 8e a verde de 4 (para os canhes do tanque dirio, que nesse estudo encontram-se fechados). A tubulao vermelha ser considerada como de 4 tambm, pois s alimenta um canho. Cabe

salientar que todas as tubulaes do manifold de vlvulas dilvio foram foradas a

ficar com o mesmo dimetro, pois se no o programa escolheria dimetros bem

menores para a tubulao entre as vlvulas, mas isso no prtico do ponto de vista

de instalao.

Analisando tambm as velocidades na tubulao v-se tambm que no existem

grandes problemas com relao a isso:

52

F igu ra 3 .3 .d V e loc i dades no ane l p r inc ip a l de incnd io ca lcu l adas pe lo

PipeNe t

A maior ve loc idade na rede ac ima de 3,08 m/s . Aba ixo o

resu l tado de um cenr io em que um ramal est inoperante:

F igu ra 3 .3 .e V e loc i dades no ane l p r inc ip a l de incnd io com um t r echo

de c i r cu i t o i nope ran t e ca lcu ladas pe lo Pip eNe t

53

Para f ina l izar esse es tudo, ana l isa-se agora a vazo e presso

mn ima necessr ia no ponto mais remoto do s is tema para ba lano

h id ru l ico. Esse dado fundamenta l para def in io da bomba a ser

ap l icada nessa s i tuao, e o ponto mais remoto do s is tema o

ponto de descarga da casa de bombas do s is tema de incnd io da

p lan ta.

F igu ra 3 .3 . f P resso e va zo necess r ias na sa da da bom ba pa ra

a tender p io r cen r io poss ve l ca lcu ladas p e lo Pi peNe t

Ou seja, precisamos selecionar uma bomba, ou uma combinao de bombas, que fornea(m) 5834,89 lpm @ 6,78 bar manomtricos no mnimo, como pode ser observado no relatrio emitido pelo programa no anexo 6.

3.3.1 Seleo e Quantitativo de Equipamentos

Primeiramente, j se tm definidos as quantidades e seus respectivos dimetros de tubulao necessria:



54

Tubulao de Ao Carbono ASTM A53 Gr.B, Sch.40, 4: 7,5 m

Tubulao de Ao Carbono ASTM A53 Gr.B, Sch.40, 2,5: 39 m

Tubulao de Ao Carbono ASTM A53 Gr.B, Sch.40, 2: 11,5 m

Tubulao de Ao Carbono ASTM A53 Gr.B, Sch.40, 1,5: 712,2 m


Alm disso, sabe-se que 72 + 72 + 30 = 174 bicos MV-10 vo ser necessrios.

Aproximadamente metade desse valor ser necessrio para sprinklers dos anis de

deteco, ou seja, 87.

Para vlvulas, sero necessrias 2 vlvulas dilvio de 6 e uma de de 4, com

trim hidrulico. Alm de 4 vlvulas gaveta de 6para isolar o manifold do anel principal

de incndio e para isolamento de cada uma das vlvulas de dilvio de 6, alm de uma

vlvula gaveta de 4 para isolamento da vlvula dilvio de 4. Sero necessrios 2

filtros em Y de 6 nas entradas do manifold.

A seleo das bombas ser feita de forma anloga ao procedimento adotado

para seleo de bombas no caso de proteo por canhes. A bomba eltrica ser uma

KSB Etanorm 100-200 e a Diesel ser uma KSB Etanorm 100-315. A curva de

performance fornecida para a bomba KSB Etanorm 100-315, para rotao de 1750

rpm. No entanto, para esse caso, escolheu-se um motor a Diesel que tem sua maior

eficincia a 2400 rpm, portanto tm de se converter os dados apresentados na curva

fornecida pelo fabricante.

Segundo de Falco et al. (1998) [...] considerando um dado fluido e mantido o dimetro do impelidor constante, existe uma proporcionalidade entre os valores de Q,

H e Pot. com a rotao. Assim sendo, sempre que alterarmos a rotao haver em

conseqncia alterao nas curvas caractersticas da bomba, sendo a correo para a

55

nova rotao (N2) feita atravs das seguintes propores obtidas a partir dos grupos adimensionais levantados no item anterior:

1) A vazo proporcional rotao

Q2 / Q1 = N2 / N1

2) O head ou carga da bomba varia com o quadrado da rotao

H2 / H1 = (N2 / N1)2

3) A potncia absorvida varia com o cubo da rotao

Pot2 / Pot1 = (N2 / N1)3

Abaixo mostra-se primeiro a curva da bomba eltrica (KSB Etanorm 100-200 @ 3500 rpm), com seu ponto de operao no cenrio de maior demanda escolhido rotor de 207 mm de dimetro. Depois a curva de performance da bomba Diesel (KSB Etanorm 100-315 @ 1750 rpm), baseando-se no rotor de 307 mm de dimetro.

F igu ra 3 .3 .1 .a Curva de Per f o rm ance Bom ba E tano rm 100-200 @ 3500


56

F igu ra 3 .3 .1 .b Curva de Per f o rm ance Bom ba E tano rm 100-315 @ 1750


A tabela abaixo mostra a converso de valores feita para H, Q e Pot para 8

pontos, baseado nas frmulas mencionadas acima:

T abe la 3 .3 .1 .a Novos va lo re de A l tu ra M anom t r ica , Va zo e Po tnc ia

Requer ida pa ra a bo m ba f unc ionando a 2 400 RPM

N1 (1750) N2 (2400) H Q Pot H Q Pot

4,9 30 12,5 9,22 41,14 32,24 4,8 80 17,5 9,03 109,71 45,14 4,6 130 22,5 8,65 178,29 58,04 4,4 170 26 8,28 233,14 67,06 4,2 197,5 28 7,90 270,86 72,22 4 222 31 7,52 304,46 79,96

3,8 245 32,5 7,15 336,00 83,83 3,6 265 34 6,77 363,43 87,70

De posse desses dados, deve-se agora ratificar o estudo feito no PipeNet

jogando a curva da bomba eltrica e os pontos calculados da bomba Diesel (o

57

software se encarrega de fazer o ajuste da curva a partir dos pontos dados) para uma anlise real do que ocorrer no sistema, sendo que nos bicos equivalentes dos anis

obtiveram-se os seguintes resultados mostrados na tabela abaixo, comparando-os

com os mnimos requeridos:

T abe la 3 .3 .1 .b Resu l tados ob t id os pa ra bom ba e l t r i ca pe lo PipeNe t

Resu l tado M n imo Requer ido

Q [ lpm] P [barM ] Q [ lpm] P [barM ] P AB 901 2368 ,55 5 ,38 2337 ,55 5 ,2 P AB 902 2422 ,55 5 ,37 2337 ,55 5 ,0 PBF 901 1121 5 ,4 967 ,42 4 ,0

Os resultados so satisfatrios, portanto a bomba eltrica foi bem dimensionada.

O mesmo estudo foi feito para a bomba a Diesel e o resultado segue abaixo:

T abe la 3 .3 .1 . c Resu l tados ob t id os pa ra bom ba D iese l pe lo Pi peNe t


Q [ lpm] P [barM ] Q [ lpm] P [barM ] P AB 901 2375 ,06 5 ,41 2337 ,55 5 ,2 P AB 902 2429 ,26 5 ,40 2337 ,55 5 ,0 PBF 901 1124 ,20 5 ,43 967 ,42 4 ,0

Os resultados tambm so satisfatrios, portanto a bomba Diesel foi bem

dimensionada. O relatrio para essas situaes encontram-se respectivamente nos

anexos 7 e 8.

3.4 Input de Dados no Software e Resultados Espuma

Os clculos dos sistemas de proteo por espuma so mais importantes no

para dimensionamento da bomba, uma vez que as vazes do sistema de gua so

58

bem maiores, e nem tanto para dimensionamento de tubulaes, j que no caso dos monitores sero utilizados os mesmos monitores de gua, e no caso de cmara de

espumas e derramadores, basicamente padro na indstria que eles sejam dimensionados para redes entre 2,5 e 4; mas sim para verificao do correto

funcionamento do mesmo.

Sistemas de espuma trabalham com o proporcionamento de espuma, isso quer

dizer que existe uma dosagem especfica de lquido gerador de espuma que tem de

ser misturada com a vazo ideal de gua a montante do elemento proporcionador.

Para vazes baixas, tal efeito conseguido atravs de um proporcionador em linha.

De acordo com o manual de engenharia da National Foam - maior fabricante

mundial de produtos de espuma, proporcionadores em linha so dispositivos Venturi

que introduzem LGE num fluxo contnuo de gua a uma taxa controlada de

proporcionamento. O proporcionador em linha (tambm conhecido como indutor ou edutor) um mtodo simples e barato de se proporcionar espuma, se houver uma presso relativamente alta disponvel na linha, por no ter partes mveis e requerer

manuteno mnima.

Eles so ideais para aplicaes requerendo uma vazo fixa de descarga e

possuindo uma presso consistente de gua. Eles podem trabalhar a presses to

baixas quanto 5,0 bar ou to altas quanto 14,0 bar, tendo, no entanto, sua facha tima

a aproximadamente 7,0 8,0 bar. Eles no so indicados para casos com aplicao

por um nmero de vazes de descargas diferentes, nem para operaes com sprinkler

ou outros dispositivos com mltiplos pequenos orifcios de descarga, onde altas

presses de retorno podem existir, impedindo o correto funcionamento do mesmo.

Eles tambm no so indicados para vazes requeridas muito altas, onde a

quantidade de LGE requerida e a inrcia do fluido aumentam consideravelmente,

59

prejudicando a mistura no edutor. Nesses casos, so mais indicados sistemas de presso balanceada ou pressurizados, como nos proporcionadores ILBP (equipados com bomba de espuma) e sistemas equipados com Bladder Tank. No entanto esses sistemas so muito mais caros, sofisticados e complicados de se manter do que os

sistemas com proporcionador em linha.

3.4.1 Canhes de Espuma

Canhes de espuma so utilizados quando se decide proteger os tanques

atravs de canhes e necessita-se de espuma, geralmente para combate na bacia de

conteno. Pode se prover soluo gua + LGE para toda uma rede de canhes, ou

se fazer o proporcionamento no esguicho do canho. No caso estudado, mais

prtico se fazer o proporcionamento especificamente nos esguichos dos dois canhes

que protegem o tanque PBF 901, uma vez que os mesmos esto ligados no anel de

gua de incndio da planta.

Para tal efeito se faz uso de esguichos edutores e bombonas transportveis de

lquido LGE, e se faz necessria a presena de ao menos dois operadores no local,

um para manobrar o canho e outro para tomar conta do proporcionamento. Cabe

ressaltar que nesse caso, o jato de espuma jamais deve ser direcionado ao dique, por estar o mesmo sobre presso, podendo causar um espalhamento na poa de lquido

combustvel, piorando o incndio. O jato deve ser sempre direcionado para o costado do tanque, e deve escorrer gentilmente para a rea de conteno. Esse mtodo no

funciona para vazes muito altas.

O esguicho edutor escolhido foi o GLADIATOR Foam/Water Nozzle, de vazo

nominal de 500 gpm (1893 lpm), fator CV de 720,27 lpm / bar0,5. Foi rodado

60

novamente o PipeNet s para verificao das presses e vazes nesses canhes e

nos demais continuavam aceitveis. O relatrio de anlise pode ser encontrado no

Anexo 9, com todos os valores obtidos, que foram cerca de 2% acima do mnimo

requerido, ou seja, resultados satisfatrios.

F igu ra 3 .4 .1 Desen ho do Esgu icho Edu t o r Glad ia to r com T ubo Pick -Up

(Ca t logo T cn ico Na t iona l Fo am )

3.4.2 Cmara de Espuma

Para modelagem da cmara de espuma, algumas consideraes tm de ser

feitas. Primeiramente, existe uma diferena de densidade entre a gua e o LGE 3% da

ordem de 3%. Mas, essa pequena diferena, diluda em 97% de gua praticamente

nula, portanto ser tudo modelado com a densidade da gua no trabalho.

Alm disso, teria de ser analisado o incremento de vazo gerado pela adio do

LGE no fluxo de gua que passa pelo proporcionador. Novamente tal diferena no

ser considerada, por ser muito pequena comparada aos valores totais envolvidos.

Finalmente, existe ainda uma tubulao vinda do reservatrio de LGE at o

61

proporcionador em linha, que novamente no ser considerada pois tal rede trabalhar

com vazes e presses muito baixas.

O objetivo nesse momento garantir o correto funcionamento do proporcionador em linha, um equipamento delicado que se no for devidamente balanceado, no ir

gerar espuma corretamente para o combate ao incndio.

Para tanto, se baseando nos clculos feitos no captulo 2 de vazo de espuma

necessria para proteo do tanque PBF 901 de 426 lpm, escolhe-se o modelo LP-15

da National Foam, que possui vazo nominal de 606 lpm @ 6,9 bar e fator CV de

230,7 lpm/bar0,5. Far-se- uma primeira iterao com o software com esse modelo

para anlise dos resultados obtidos. Tal anlise feita em trs etapas, uma vez que o

software no aceita continuao de tubulao aps um bico (e o proporcionador modelado como se fosse um bico, pois o mtodo mais prximo de um

proporcionador em linha de verdade disponvel no programa).

Na primeira etapa se estabelece o trecho entre o proporcionador e a cmara de

espuma, por tratar-se de um trecho relativamente longo e com grande desnvel entre o

proporcionador e a cmara. Atribuindo-se valores de entrada de vazo e presso, e

valores de vazo de sada, o programa calcula a perda de carga, que nesse caso da

ordem de 1,1 bar.

62

F igu ra 3 .4 .2 Mo de l agem da l i nha do Pro po rc ionador em L inha a t a

Cm ara de Espum a no PipeN e t

Depois, se modela do proporcionador at a vlvula dilvio, objetivando-se achar o bico equivalente do sistema para se rodar cenrio do anel principal. Assim, acha-se

o bico equivalente do sistema para se analisar o cenrio combinado de espuma no

anel principal, nesse caso um bico com fator CV de 213,145 lpm/bar0,5.

3.4.3 Cenrio combinado Canho + Cmara de Espuma

Sabendo-se a performance dos esguichos dos canhes e o bico equivalente da

cmara de espuma, roda-se ento o cenrio combinado da proteo por espuma da

rea, cujos resultados de presso e vazo paras os canhes e cmara de espuma foram:

T abe la 3 .4 .3 .a Resu l tados ob t id os pa ra cenr io canho 1 + c anho 2 +

cm ara de Espum a pe lo Pi peNe t


Q [ lpm] P [barM ] Q [ lpm] P [barM ] Canho 1 2151 ,1 8 ,91 1319 ,5 6 ,0 Canho 2 2150 ,9 8 ,91 1319 ,5 6 ,0 Cmara 630 ,96 8 ,75 426 6 ,0

Assim observa-se que o sistema est bem dimensionado, pois todas as vazes

mnimas requeridas por norma foram atendidas (e at superadas) e todos os equipamentos, como esguichos, proporcionadores, cmaras de espuma e bombas,

esto trabalhando dentro de suas faixas normais de presso de trabalho.

63

Por precauo, deve se tambm rodar um cenrio combinado com mais canhes

em funcionamento, mesmo que no seja requerido pela norma, visto que provavelmente num cenrio de incndio no tanque PBF901 a brigada responsvel

tambm queira acionar mais dois canhes para resfriamento do tanque PAB 902.

Assim, tm-se como resultados:

T abe la 3 .4 .3 .b Resu l tados ob t id os pa ra cenr io canho 1 + c anho 2 +

cm ara + do is canhes de gua pe l o Pi pe Ne t


Q [ lpm] P [barM ] Q [ lpm] P [barM ] Canho 1 2054 ,7 8 ,14 1319 ,5 6 ,0 Canho 2 2054 ,5 8 ,14 1319 ,5 6 ,0

Canho gua 1 2133 ,8 8 ,20 1661 ,67 6 ,0 Canho gua 1 2130 ,9 8 ,18 1661 ,67 6 ,0

Cmara 602 ,51 7 ,99 426 6 ,0

Os relatrios gerados pelo programa para tais anlises se encontram nos anexos

10 e 11

3.4.4 Derramadores de Espuma

Para anlise da soluo de proteo de rea dicada por derramadores de

espuma, se usar um mtodo anlogo ao utilizado para anlise da proteo por

cmaras de espuma, devido ao fato de os dois mtodos utilizarem proporcionadores

em linha.

Para tanto, se baseando nos clculos feitos no captulo 2 de vazo de espuma

necessria para proteo do tanque PBF 901 de 1664 lpm, escolhe-se o modelo LP-

40 da National Foam, que possui vazo nominal de 1609 lpm @ 6,9 bar e fator CV de

64

612,54 lpm/bar0,5. Far-se- uma primeira iterao com o software com esse modelo

para anlise dos resultados obtidos. Tal anlise feita em trs etapas, uma vez que o

software no aceita continuao de tubulao aps um bico (e o proporcionador modelado como se fosse um bico, pois o mtodo mais prximo de um

proporcionador em linha de verdade disponvel no programa).

F igu ra 3 .4 .4 .a M od e lagem da rede do Propo rc ionador em L inha aos

de r ram adores no PipeNe t

A perda de carga calculada nessa seo da ordem de 0,6 bar. Em seguida

verifica-se o trecho entre a vlvula de controle e o proporcionador em linha, obtendo

assim um fator CV para calcula de bico equivalente no anel de 570.

Rodando o anel principal de incndio somente para combate por espuma,

conforme requerido na norma tem-se os seguintes resultados:

T abe la 3 .4 .4 Resu l t ados ob t idos pa ra cenr io canho 1 + canho 2 +

cm ara de Espum a pe lo Pi peNe t

65


Q [ lpm] P [barM ] Q [ lpm] P [barM ] Der ramadores 1651 ,5 8 ,4 1664 ,5 6 ,0

Cmara 617 ,5 8 ,4 426 6 ,0

Percebe-se que o resultado obtido para os derramadores menos que 0,8%

abaixo do requerido, ento no se considerar essa diferena e se julgar o resultado satisfatrio. Alm disso, existe ainda um incremento de 3% nesses valores referentes

ao acrscimo de LGE, ou seja cerca de 50 lpm, que no foi considerado no clculo e que superaria o mnimo requerido. Relatrio gerado pelo programa encontra-se no

anexo 12.

3.4.5 Cenrio combinado Derramador + Cmara de Espuma

Mas, rodando um cenrio combinado de combate por gua e espuma,

considerando-se resfriamento por gua nos tanques PAB 902 e PBF 901 (abrindo suas vlvulas dilvio), percebe-se uma diferena de 18,55% (307,8 lpm) entre o mnimo requerido pela norma e o que o sistema pode oferecer. No existe

proporcionador em linha que possa atender a uma vazo maior, ou ento com menos

perda de carga, somente solues mais caras e complexas. Ento, de um ponto de

visto prtico, esse sistema, ao menos sozinho, no suficiente. Para maiores

informaes ver no Anexo 13 o relatrio gerado pelo programa.

Nesse caso, duas solues so possveis: ou substitui-se todo o sistema de

derramadores por canhes ou utilizam-se derramadores manuais locais de espuma,

que trabalham com vazo nominal de 200 lpm. Nesse caso seriam 2 necessrios.

Como se viu no item 2.3.3.2 recomendado pelas normas internacionais sempre

ha

Projeto Final - Paulo Augusto Correa Damasceno

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