Sprinkler

Sprinklers: engenharia, dimensionamento e desempenho dos sistemas de chuveiros automáticos contra incêndio

Quando se fala em proteção automática contra incêndio, o sprinkler — ou chuveiro automático — é um dos principais elementos de controle e supressão do fogo em edificações.

Porém, um sistema eficiente não depende apenas da instalação dos sprinklers no teto. Seu desempenho está diretamente relacionado à correta classificação do risco, ao dimensionamento hidráulico, à disponibilidade de água, à pressão da rede, ao fator K dos sprinklers, ao posicionamento dos equipamentos e à correta instalação de todos os componentes.

No Brasil, uma das principais referências para projeto e instalação é a ABNT NBR 10897:2020 – Sistemas de proteção contra incêndio por chuveiros automáticos — Requisitos. Os requisitos e métodos de ensaio aplicáveis ao próprio sprinkler são tratados pela ABNT NBR 16400:2022. No Paraná, também devem ser observadas as Normas de Procedimento Técnico do Corpo de Bombeiros, especialmente a NPT 023 – Sistema de Chuveiros Automáticos e, para determinadas áreas de armazenamento, a NPT 024.

Como funciona um sprinkler?

Um sprinkler é um dispositivo automático dotado de um elemento termossensível.

Esse elemento pode utilizar, por exemplo, uma ampola de vidro contendo líquido termossensível. Quando a temperatura ao redor do sprinkler atinge sua faixa de operação, ocorre o rompimento do elemento, liberando o obturador.

A água pressurizada passa então pelo orifício do sprinkler e atinge o defletor, responsável por distribuir a descarga sobre a área protegida.

Um detalhe importante:

sprinklers normalmente não são acionados simultaneamente.

Cada sprinkler responde individualmente às condições térmicas existentes ao seu redor. Portanto, a imagem comum de que um pequeno incêndio faz todos os sprinklers de uma edificação dispararem ao mesmo tempo não representa o funcionamento de um sistema convencional.

Os principais componentes de um sprinkler

Apesar de seu tamanho reduzido, o sprinkler é um equipamento de engenharia de precisão.

Entre seus principais componentes estão:

• corpo;

• conexão roscada;

• orifício de descarga;

• mecanismo de vedação;

• elemento termossensível;

• braços estruturais;

• defletor.

O defletor influencia diretamente o padrão de distribuição da água.

Por esse motivo, posição, orientação e modelo do sprinkler não podem ser escolhidos apenas pela aparência ou pela conveniência da instalação.

Cada equipamento possui características específicas de utilização.

Sprinkler pendente, em pé e lateral

A posição de instalação é uma das características básicas na especificação.

Sprinkler pendente

É instalado abaixo da tubulação, normalmente com o defletor voltado para baixo.

É muito utilizado em ambientes onde a tubulação passa acima do sprinkler.

Sprinkler em pé — upright

É instalado com o defletor orientado para cima.

A água inicialmente é direcionada contra o defletor e distribuída sobre a área protegida.

É bastante encontrado em instalações aparentes, áreas industriais e redes posicionadas abaixo da cobertura.

Sprinkler lateral — sidewall

É utilizado próximo a paredes e possui um padrão de descarga desenvolvido para distribuir água predominantemente para um dos lados.

Pode ser utilizado em determinadas configurações arquitetônicas, desde que sua aplicação seja compatível com a certificação do produto e com o projeto.

Os três modelos não são intercambiáveis simplesmente porque possuem a mesma rosca.

O padrão de descarga faz parte das características técnicas do sprinkler.

O que é o fator K?

Um dos parâmetros fundamentais na especificação de um sprinkler é seu fator K.

Ele representa a relação entre:

• vazão descarregada;

• pressão disponível no sprinkler.

A relação hidráulica básica é:

Q = K × √P

onde:

Q = vazão do sprinkler
K = fator de descarga
P = pressão no sprinkler

Isso significa que aumentar a pressão aumenta a vazão descarregada, mas essa relação não é linear.

Por exemplo, considerando apenas a equação hidráulica, um sprinkler com K = 80 L/min/(bar)½, operando a 1 bar, descarrega aproximadamente:

Q = 80 × √1

Q ≈ 80 L/min

Se a pressão cair para 0,5 bar:

Q = 80 × √0,5

Q ≈ 56,6 L/min

Essa relação demonstra por que pressão disponível e fator K precisam ser considerados simultaneamente no dimensionamento.

O fator K não deve ser escolhido isoladamente. A seleção depende do risco, da densidade requerida, da área protegida, do tipo de armazenamento, da configuração da instalação e dos critérios estabelecidos pelo projeto.

Temperatura de acionamento

Outro ponto importante é a temperatura nominal de operação do sprinkler.

Não existe uma única temperatura adequada para todas as instalações.

A seleção deve considerar principalmente:

• temperatura máxima esperada no ambiente;

• proximidade de fontes de calor;

• cobertura;

• processos industriais;

• equipamentos que geram calor;

• características da ocupação.

Instalar um sprinkler com temperatura inadequada pode gerar dois problemas opostos:

acionamento indevido, se sua classificação térmica for incompatível com a temperatura normal do ambiente;

ou

acionamento tardio, prejudicando o controle do incêndio.

Por isso, a temperatura nominal faz parte da especificação de engenharia do equipamento.

Resposta térmica do sprinkler

Além da temperatura de acionamento, existe outra característica extremamente importante: a sensibilidade térmica.

Há sprinklers desenvolvidos para diferentes velocidades de resposta ao aumento de temperatura.

Em determinadas ocupações, pode ser especificado sprinkler de resposta rápida, enquanto outras aplicações utilizam sprinklers com características distintas.

Essa decisão deve estar integrada ao projeto de proteção contra incêndio e à classificação do risco.

Não se deve substituir um sprinkler por outro somente porque ambos possuem a mesma temperatura nominal e o mesmo diâmetro de conexão.

O primeiro passo do projeto: classificar corretamente o risco

Antes de calcular tubos, bombas ou reservatórios, é fundamental determinar corretamente a característica da ocupação.

A carga de incêndio e as condições de propagação podem variar radicalmente entre:

• escritórios;

• escolas;

• lojas;

• estacionamentos;

• indústrias;

• centros de distribuição;

• depósitos;

• áreas com grande quantidade de materiais combustíveis;

• armazenamentos em altura.

Essa classificação influencia diretamente parâmetros como:

• densidade de descarga;

• área de operação considerada;

• quantidade de sprinklers envolvidos no cálculo;

• vazão necessária;

• pressão necessária;

• diâmetros da tubulação;

• capacidade do abastecimento de água.

Em áreas de armazenamento, o problema torna-se ainda mais complexo, porque devem ser considerados fatores como tipo de mercadoria, embalagem, altura de armazenamento, configuração das estantes, altura do edifício e existência de sprinklers intraprateleira.

No Paraná, a própria regulamentação separa a NPT 023, destinada aos sistemas de chuveiros automáticos, da NPT 024, voltada às áreas de depósitos.

Densidade de aplicação

Um sistema sprinkler não é dimensionado simplesmente determinando que "cada sprinkler precisa liberar determinada quantidade de água".

O conceito envolve a densidade de aplicação de água sobre uma determinada área de projeto.

De forma simplificada:

Densidade = Vazão / Área

Consequentemente:

Vazão = Densidade × Área

O sistema hidráulico precisa ser capaz de atender simultaneamente aos sprinklers considerados na área crítica de cálculo, respeitando os requisitos aplicáveis à ocupação.

É por isso que um projeto com 500 sprinklers instalados não significa necessariamente que a bomba precise alimentar os 500 simultaneamente.

O cálculo considera a condição hidráulica de projeto definida pela norma e pelo risco.

O sprinkler hidraulicamente mais desfavorável

Durante o cálculo da rede é necessário analisar a região hidraulicamente crítica.

Quanto maior:

• comprimento da tubulação;

• número de conexões;

• vazão transportada;

• rugosidade interna;

• quantidade de derivações;

maiores tendem a ser as perdas hidráulicas.

O projetista deve comprovar que os sprinklers da região considerada no cálculo recebem pressão e vazão suficientes, mesmo na condição mais desfavorável prevista pelo projeto.

Essa análise pode alterar significativamente os diâmetros das tubulações.

Perda de carga

A água sofre perda de energia durante seu deslocamento pela rede.

Existem perdas distribuídas ao longo dos tubos e perdas localizadas provocadas por elementos como:

• curvas;

• tês;

• reduções;

• válvulas;

• conexões;

• mudanças de direção.

Por isso, dimensionar uma instalação apenas com base no diâmetro aparente da tubulação pode produzir uma rede incapaz de entregar o desempenho hidráulico necessário no momento de um incêndio.

O cálculo deve considerar toda a rede relevante até os pontos de descarga analisados.

Abastecimento de água

O sistema sprinkler depende fundamentalmente de uma fonte confiável de água.

Dependendo do projeto, podem fazer parte do sistema:

• reservatório de incêndio;

• conjunto de bombas;

• bomba principal;

• bomba jockey;

• dispositivos de controle;

• manômetros;

• válvulas;

• alimentação elétrica ou outra fonte de energia prevista;

• registro de recalque.

A bomba não deve ser escolhida apenas pela potência do motor.

O parâmetro de engenharia fundamental é o ponto de operação requerido pelo sistema: vazão × pressão.

A partir da demanda hidráulica calculada é selecionado o conjunto capaz de fornecer a água necessária nas condições de projeto.

Válvula de Governo e Alarme — VGA

A VGA é um componente importante da rede de sprinklers.

Quando existe fluxo significativo de água provocado pela abertura de um sprinkler, o sistema pode gerar indicação de fluxo e iniciar os dispositivos de alarme associados à instalação.

Dependendo da configuração do sistema, podem existir:

• válvula de retenção;

• instrumentos de pressão;

• dispositivos de alarme;

• drenos;

• conexões de ensaio;

• dispositivos de supervisão.

No Paraná, a documentação do sistema submetido ao Corpo de Bombeiros deve representar elementos como válvulas de governo e alarme, comandos secundários, painel de alarme, cabeçotes de teste e a tubulação envolvida no cálculo hidráulico.

Teste e drenagem

Uma rede de sprinklers precisa permitir testes.

O sistema de teste possibilita verificar condições relacionadas ao funcionamento hidráulico e aos dispositivos associados ao fluxo de água.

A drenagem também deve ser adequadamente prevista.

Uma instalação que não oferece acesso adequado às válvulas, instrumentos e pontos de teste pode criar grandes dificuldades durante:

• inspeções;

• manutenções;

• comissionamento;

• testes periódicos;

• intervenções na rede.

Obstáculos à descarga são um problema sério

Um sprinkler pode estar corretamente pressurizado e ainda assim apresentar desempenho prejudicado se houver obstáculos ao seu padrão de descarga.

Alguns exemplos são:

• vigas;

• dutos;

• luminárias;

• eletrocalhas;

• equipamentos;

• elementos arquitetônicos;

• estruturas metálicas;

• estoques elevados.

Por isso, a posição do sprinkler em relação ao teto, aos elementos estruturais e aos obstáculos deve obedecer aos critérios definidos para aquele tipo de equipamento e sistema.

Mover um sprinkler alguns centímetros durante uma obra sem analisar o projeto pode parecer uma alteração pequena, mas tecnicamente pode modificar sua cobertura.

Cuidado com pintura e acabamento

Sprinklers não devem receber pintura realizada em obra.

Tintas, massas, resíduos e outros materiais podem interferir no elemento termossensível, no mecanismo e no padrão de descarga.

Quando um sprinkler apresenta acabamento inadequado ou contaminação que comprometa suas características, a solução não deve ser uma recuperação improvisada.

O componente deve ser avaliado conforme os critérios técnicos aplicáveis.

Certificação e procedência são fundamentais

Sprinklers são dispositivos de segurança cuja confiabilidade precisa existir mesmo depois de anos instalados aguardando uma eventual situação de incêndio.

A ABNT NBR 16400 estabelece requisitos e métodos de ensaio relacionados ao produto. A edição atualmente identificada como vigente é a ABNT NBR 16400:2022.

Por isso, na especificação devem ser verificadas características como:

• fabricante;

• modelo;

• posição de instalação;

• fator K;

• temperatura nominal;

• sensibilidade térmica;

• aplicação;

• certificações exigidas;

• compatibilidade com o projeto.

Produto aparentemente semelhante não significa produto tecnicamente equivalente.

Erros encontrados em instalações de sprinklers

Entre os problemas que merecem atenção especial estão:

1. Escolha do sprinkler apenas pela rosca

Mesmo diâmetro de conexão não significa mesma característica hidráulica.

2. Alteração de fator K sem recalcular a rede

O fator K interfere diretamente na relação entre pressão e vazão.

3. Substituição de modelos diferentes

Pendente, upright e sidewall possuem características de distribuição específicas.

4. Obstáculos próximos ao sprinkler

Podem modificar a distribuição da água.

5. Alterações de layout sem revisão do projeto

Mudanças de paredes, forros, estruturas ou armazenamentos podem modificar o risco e as condições de descarga.

6. Tubulação subdimensionada

Pode aumentar excessivamente a perda de carga.

7. Falta de pressão disponível

O sprinkler pode abrir, mas não apresentar a vazão prevista em projeto.

8. Válvulas fechadas ou parcialmente fechadas

Um sistema instalado corretamente pode se tornar inoperante simplesmente por uma condição inadequada de seus dispositivos de controle.

9. Utilização de componentes sem procedência técnica adequada

Em sistemas de proteção contra incêndio, confiabilidade deve fazer parte do critério de compra.

Sprinkler não é apenas um produto. É parte de um sistema hidráulico calculado.

Esse é provavelmente o conceito mais importante.

O desempenho de um sistema depende da integração entre:

sprinkler + tubulação + conexões + válvulas + abastecimento de água + bombas + dispositivos de alarme + projeto hidráulico + instalação correta.

Nenhum desses elementos deve ser avaliado isoladamente.

Um excelente sprinkler conectado a uma rede incapaz de fornecer vazão e pressão adequadas continuará formando um sistema inadequado.

Da mesma forma, uma rede perfeitamente calculada perde sua confiabilidade quando utiliza componentes incompatíveis com as características definidas em projeto.

Engenharia, instalação e materiais precisam trabalhar juntos

Projetar sistemas de sprinklers exige conhecimento de hidráulica, comportamento do fogo, características da ocupação e normas de segurança.

Executar esses sistemas exige o mesmo nível de atenção.

Desde a conexão mais simples até a válvula de governo, todos os componentes fazem parte de uma instalação destinada a permanecer disponível continuamente e funcionar exatamente no momento em que for necessária.

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Observação técnica: o dimensionamento, a especificação e a instalação dos sistemas de chuveiros automáticos devem ser realizados por profissionais habilitados e de acordo com o projeto, as normas ABNT aplicáveis e as exigências do Corpo de Bombeiros da respectiva jurisdição.