PT661081E - Processo para a optimizacao de uma instalacao para extincao de incendios em relacao ao consumo do agente de extincao e/ou do tempo de extincao - Google Patents

Description

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DESCRICÃO "Processo para a optimização de uma instalação para extinção de incêndios em relação ao consumo do agente de extinção e/ou do tempo de extinção" O presente invento refere-se a um processo para a optimização de uma instalação para extinção de incêndios relativamente ao consumo do agente extintor e/ou do tempo de extinção, apresentando a referida instalação, pelo menos, um reservatório de pressão para o depósito do agente extintor, um sistema de tubagem e uma quantidade de ínjectores para a pulverização do agente extintor sob pressão variável. A melhor técnica conhecida consiste em sistemas de borrifar para proteger de incêndios locais e valores reais. Estes sistemas, fixamente instalados, funcionam com pressões hidráulicas entre 2 e 10 bar e produzem, no caso de utilização, gotas cujo diâmetro médio possui cerca de 1 mm. Os injectores de borrifar encontram-se dispostos na área a proteger de tal maneira que os jactos de água se sobrepõem, podendo assim molhar na totalidade a parte inferior da zona a proteger. As normas usuais para a instalação de sistemas de borrifar definidos na Alemanha pela "Verein der Sachversicherer" (VdS) - (Associação de Seguradores de Bens) e na Suíça pelo "Brandverhutungsdienst" (BVD) - (Serviço de Prevenção de Incêndios) exigem o controle do incêndio mas não a extinção do mesmn. Através das condições nas margens do incêndio, na aplicação de sistemas de borrifar, pode ser mostrado que no caso de um incêndio de uma potência maior (acima de 1MW), as gotas produzidas por estes sistemas já não atingem as zonas de reacção e podem apenas arrefecer os arredores directos do foco de incêndio mas não extinguir o fogo.

Os sistemas de borrifar instalados conforme as normas admitidas têm, em suma, as seguintes desvantagens: - na maioria dos casos efectua-se somente o controle do incêndio e não a extinção do mesmo. - têm de ser utilizadas grandes quantidades de água o que provoca danos materiais. 2 87 012

ΕΡ 0 661 081/PT A partir desta técnica já conhecida, o invento tem o objectivo de criar um processo de extinção de incêndios por meio de água e uma instalação de extinção de incêndios que evite as desvantagens mencionadas. A intenção principal do invento consiste em possibilitar uma extinção completa, consumindo, contudo, apenas um mínimo de água para a extinção dos incêndios. O processo, segundo o invento, baseia-se em vastos cálculos de termodinâmica e de mecânica de fluídos que possibilitam a verificação da potência do incêndio e a formação de gás de combustão em vários tipos de incêndios em quaisquer locais bem como os cálculos dos parâmetros de extinção necessários para a extinção. O processo de acordo com o invento é caracterizado por ser calculada a formação do escoamento de gás de combustão para quaisquer tipo de incêndios e para um determinado tipo de construção de injector, sendo verificada a conexão entre o tamanho e a velocidade das gotas do agente extintor assim como o débito e a pressão do agente extintor através dos métodos da técnica de termodinâmica e dos fluidos, e sendo sintonizados um ou vários parâmetros de extinção relativamente aos materiais potenciais envolvidos no incêndio, tais como: pressão, débito do agente extintor, tamanho e velocidade das gotas.

Em WO-A-92/22353 é descrito um prnresso para extinção de incêndios, particularmente de incêndios em casas de máquinas de navios, processo esse no qual são pulverizados os fluidos extintores sob uma pressão tão elevada que se criam, inicialmente, nuvens de pulverização. Seguidamente, a pressão é reduzida e os fluidos de pulverização são espalhados. Este processo destinado a um certo tipo de incêndio tem como resultado, por um lado, a redução do consumo de água para a extinção mas, por outro lado, não possibilita qualquer sintonização dos parâmetros de incêndio em relação aos materiais afectados pelo incêndio. Para além disso, o processo é estático e não calcula nem a formação do escoamento de gás de combustão nem a conexão entre o tamanho e a velocidade das gotas do agente extintor, não calculando também o débito e a pressão do agente extintor.

Na US-A-3 648 019 é descrito um processo para a extinção de incêndios no qual o fogo é combatido por meio de dois escoamentos do agente extintor. 3 87 012

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Um destes escoamentos consiste em gotas muito finas destinadas ao arrefecimento da atmosfera dos arredores e o outro escoamento consiste em gotas relativamente grandes que penetram certamenle o cone de ar quente ascendente (plume). Na verdade, deve realizar-se neste processo um cálculo de conexão entre o tamanho e a velocidade das gotas do agente extintor, não sendo possível, no entanto, uma sintonização dos parâmetros de extinção em relação aos materiais potenciais envolvidos no incêndio em consequência da falta do cálculo da formação do escoamento de gás de combustão.

No processo de acordo com o invento, verifica-se inicialmente para o incêndio em questão a formação do escoamento de gás de combustão com base num modelo de combustão. Especialmente, as velocidades de subida e a temperatura dos gases de incêndio são destinadas em dependência da quota da queima (potência do incêndio), da qualidade do incêndio, da superfície queimada e da altura da área.

Posteriormente, descreve-se o comportamento das gotas da água após a saída de um injector para dentro do escoamento de gás de combustão que sobe assim como o arrefecimento resultante do gás de combustão. Particularmente, são verificadas as velocidades e a vaporização, quer dizer, a temperatura e a diminuição da quantidade das gotas em função da altura da área ou da distância ao foco de incêndio. A quantidade e a massa das gotas que chegam ao foco de incêndio é determinante para a capacidade de extinção. Estes parâmetros das gotas são descritos, pormenorizadamente, dependendo do débito da água, do tamanho das gotas, da velocidade das gotas na saída do injector e, também, dependendo da dimensão da área. Em consequência desse facto podem ser determinados os melhores valores possíveis para a extinção do incêndio relalivamente ao tamanho e velocidade das gotas, ao débito de água assim como à duração da extinção e, assim, à quantidade total da água pulverizada. Para um determinado tipo dc injector de água podem ser finalmente determinados o dimensionamento de uma tubagem e o débito de água por segundo, de modo que sejam criadas gotas com a qualidade desejada. O invento é explicado em seguida pormenorizadamente com base num exemplo de execução e nos desenhos; os mesmos mostram:

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ΕΡ 0 661 081/PT nas figs. 1a - 1c diagramas que explicam a dependência da velocidade e da temperatura em relação às gotas de água e a dependência da temperatura do gás de combustão em relação à altura do local; nas figs. 2-4 diagramas que explicam o comportamento das gotas de água com diferentes velocidades de saída, dependendo da altura do local; na fig. 5 a conexão entre parâmetros de extinção, pressão efectiva no injector e débito de água para diversos tipos de injectores e incêndios; na fig. 6 uma representação esquemática de uma instalação de extinção. O caso de referência aqui representado supõe uma extinção bem sucedida num local de 8 m de altura, no qual se encontram uma pilha de papel e uma pilha de plástico como material incendiário numa superfície de 4m 2. No tecto do local encontram-se fixos borrifadores com as seguintes condições para os injectores de borrifar: débito de água 5 kg/s, velocidade de saída -15 m/s, tamanho das gotas 2 mm. O consumo do material incendiário conjuntamente com o valor calorífico de 20 MJ/kg foi simulado obtendo-se os seguintes resultados: temperatura máxima do gás de 950°C, quota de consumo de 0,51 kg/s e velocidade máxima dos gases 7,7 m/s. A fig. 1a mostra para este caso de referência a descida da velocidade das gotas em função da altura do local de -15 m/s a -3 m/s. A fig. 1b mostra a subida da temperatura das gotas de 20°C para 74UC na altura de 8 m onde não se realiza qualquer evaporação mas sim uma volatilização com um elevado efeito de arrefecimento dos gases. A fig. 1c mostra uma descida da temperatura dos gases de combustão para 556°C em 8 m de altura. A fig. 2 mostra o comportamento simulado das gotas menores que têm um diâmetro médio de 1,5 mm. Aqui é mostrada uma simulação em que a velocidade das gotas deste tamanho desce de 3 m para zero e, em consequência desse facto, as gotas são afastadas não podendo ser efectuada nenhuma extinção. Na fig. 3 é representado o efeito de uma velocidade de saída 5 87 012

ΕΡ 0 661 081/PT mais baixa, precisamente -5 m/s. Neste caso a simulação revela o elevado efeito da velocidade de saída relativamente à capacidade de extinção. A velocidade das gotas desce novamente já a uma altura de 3m acima do toco de incêndio para zero. A situação representada na fig. 4, diferente das situações anteriores, mostra o comportamento das gotas que são irradiadas de uma altura de um local mais baixo, quer dizer, de 4m. As gotas movimentam-se no impacto com o foco do incêndio ainda com uma velocidade de -1m/s e provocam uma extinção.

Os cálculos dão a conhecer a possibilidade de uma extinção de incêndio em poucos segundos, com um consumo optimizado de água para uma determinada potência de incêndio, por meio da melhor combinação possível entre o tamanho das gotas, a velocidade das gotas e a distância do injector de borrifar relativamente ao foco de incêndio. Inúmeras séries de testes confirmam este facto. A fig. 5 mostra valores experimentalmente verificados dos parâmetros de extinção tais como: pressão efectiva no injector e débito de água para uma quantidade de diferentes tipos de injectores utilizados para incêndios, quer dizer, incêndios em madeira, gasolina, etanol, PET, heptano. Os tipos de injector utilizados eram por exemplo injectores de cone maciço, de cone oco (câmara de turbulência), injectores de vários bicos e injectores de bico único.

Sabe-se que nos sistemas de borrifar, chamados sistemas secos, nos quais as tubagens são introduzidas livres de água desde o depósito da água até aos injectores, o arranque pode ser favorável para o incêndio. Durante o tempo de arranque o ar é soprado das tubagens através dos injectores na área de incêndio, o que pode atiçar o incêndio ou, no caso de fluidos, aumentar o incêndio. Para amortecer o golpe de ar no tubo de alimentação para os injectores, a tubagem pode apresentar, adicionalmente às válvulas de reservatório, uma válvula que se abre lentamente entre as válvulas de reservatório e os injectores, ou pode ser fixo um reservatório de almofada de pressão diante dos injectores singulares, o que cria uma almofada natural de gás. A fig. 6 mostra um sistema apto para e execução do processo de acordo com o invento. Na instalação de um sistema deste género tem de se ter cuidado para que as seguintes entidades do sistema sejam sintonizadas com os materiais potenciais de incêndio através dos métodos da termodinâmica e da mecânica de fluidos acima mencionados: 6 87 012

ΕΡ 0 661 081/PT - Distância entre o injector e o foco de incêndio Aberturas de injector e ângulo de pulverização - Quantidade de injectores - Débito de água - Diâmetro da tubagem - Reserva de pressão - Quantidade de reserva - Tempo de abertura da válvula situada depois do tubo colector A reserva de água é depositada num ou em vários reservatórios de pressão 1 que se encontram cheios apenas com cerca de 60% de água. Acima da água cria-se uma almofada de gás que consiste num gás inerte, como por exemplo, nitrogénio ou dióxido de carbono. A reserva de pressão nos reservatórios depende do sistema de tubagem e dos injectores e monta, em regra, entre 20 e 100 bar. Cada reservatório pode ser aberto através de uma válvula de reservatório 2. A abertura efectua-se, segundo a tecnologia actual, por meio de uma força eléctrica ou pneumática que é libertada através de uma central de extinção 3. A reserva de água nos reservatórios predefine a quantidade da água para a extinção de incêndios. Uma quantidade de água demasiadamente grande para a extinção de incêndios que prejudicasse os valores reais a proteger mais do que os protegesse seria, assim, excluída.

No caso de um incêndio, o avisador de incêndio 4 activa a força de comando para todas as válvulas de reservatório 2 através da central de extinção 3. A água é exprimida por meio das almofadas de gás dos reservatórios através dos tubos de imersão 5 para dentro do tubo colector 6. O tubo colector é separado do sistema de tubagem 8 através de uma válvula 7. A central de extinção abre completamente a válvula 7 num período compreendido entre 5 a 30 segundos. Por meio desta abertura Lemporizada evita-se um perigoso golpe de ar saído dos injectores 9 e dirigido para a zona de incêndio. A válvula 7 que se abre tardiamente pode ser uma válvula usual de motor, utilizando-se, no entanto, preferencialmente, uma válvula esférica que se abre lentamente. O comprimento do sistema de tubagem 8 pode atingir até 100 m a partir do tubo colector 6 até aos injectores 9. Os diâmetros dos tubos têm de ser sintonizados com as exigências hidráulicas do sistema de extinção (débito e 7 87 012

ΕΡ 0 601 081/PT queda de pressão), tendo necessariamente em conta que uma mistura de gases e fluídos pode fluir nos tubos.

Para evitar possíveis golpes de ar no arranque em sistemas de tubagem muito assimétricos, tem de ser prevista a colocação dos chamados reservatórios de almofada de pressão 10 em frente da válvula 9. Estes reservatórios vazios (chamados também reservatórios de ar), podem amortecer os golpes de pressão de modo semelhante a um amortecedor pneumático. No arranque, este dispositivo adicional completa a válvula de abertura temporizada 7 no domínio do golpe de ar.

Os injectores 9 podem ser construídos de maneira diferente. As qualidades hidráulicas, contudo, têm de ser calculadas para cada um dos tipos de injectores e consideradas nos cálculos de dimensionamento. Os testes mostraram que os injectores de câmara de turbulência são especialmente aptos em virtude das aberturas de saída destes injectores serem grandes e, assim, não existir nenhum perigo de entupimento.

Lisboa, l. ...1

Por SIEMENS BUILDING TECHNOLOGIES AG - O AGENTE OFICIAL -

ANTÓNIO JOÃO DA CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind. Rua das Flores, 74-4," 1200-195 LISBOA

Claims (5)

1. 87 012 ΕΡ 0 661 081/PT 1/2 Reivindicações 1 - Processo para a optimizaçãu de uma instalação para extinção de incêndios relativamente ao consumo do agente extintor e/ou do tempo de extinção, apresentando a referida instalação pelo menos, um reservatório de pressão (1) para o depósito do agente extintor, um sistema de tubagem (6, 8) e uma quantidade de injectores (9) para a pulverização do agente extintor sob pressão variável em forma de gotas, caracterizado por ser calculada a formação do escoamento de gás de combustão para um incêndio e para um determinado tipo de construção de injector, verificada a conexão entre o tamanho das gotas, a velocidade das gotas do agente extintor assim como o débito e a pressão do agente extintor através dos métodos da técnica da termodinâmica e dos fluidos, e sintonizados um ou vários parâmetros de extinção relativamente aos materiais potenciais envolvidos no incêndio tais comn: pressão, débito do agente extintor, tamanho e velocidade das gotas.
2. 2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser verificada inicialmente a formação do escoamento de gás com base num modelo de incêndio e, seguidamente, serem verificadas as velocidades de subida e a temperatura dos gases de combustão, dependendo da quota da queima (potência do incêndio), da qualidade do incêndio, da superfície queimada e da altura da área.
3. 3 - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por serem certificadas na verificação da conexão entre o tamanho das gotas, velocidade das gotas, débito de água e a pressão, a velocidade e a vaporização das gotas em função da altura do local ou da distância ao foco de incêndio.
4. 4 - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por serem determinadas a quantidade e a massa das gulas que chegam ao foco de incêndio, dependendo do débito de água, do tamanho das gotas, da velocidade das gotas na saída do injector e da altura do local, e de serem determinados em consequência desse facto os melhores valores possíveis para a extinção do incêndio em relação ao tamanho das gotas, à velocidade das gotas, ao débito de água, assim como à duração da extinção e, desta maneira, à quantidade total de água pulverizada. 87 012 ΕΡ 0 661 081/PT 2/2
5. 5 - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por poderem ser determinados o dimensionamento de uma tubagem e o débito de água por segundo paro um tipo escolhido de injecLor de água, de modo que se criem gotas com a qualidade desejada. LiSbOa, ,-y ,;;T 1 Por SIEMENS BUILDING TECHNOLOGIES AG - O AGENTE OFICIAL -

   Rua das Flores, 74-4,' 1200-195 LISBOA ing/ANTÓNIO JOÃO DA CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind.