O mercado de baterias de íon-lítio (Li-Ion) está se expandindo a um ritmo que continua superando o desenvolvimento de códigos e normas criados para regulamentá-lo. De bicicletas elétricas residenciais a sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS) em escala de serviços públicos, a tecnologia Li-Ion está agora presente em praticamente todos os setores do ambiente construído — em todos os continentes e jurisdições. Para profissionais e empreiteiros de proteção contra incêndio em todo o mundo, essa proliferação criou um conjunto de desafios de projeto complexos e tecnicamente exigentes, que requerem um sólido conhecimento tanto da ciência dos riscos subjacente quanto do estado atual dos requisitos prescritivos e baseados em desempenho. Embora os códigos e normas mencionados reflitam o ambiente regulatório dos EUA, a ciência dos riscos subjacente, os princípios de projeto e os protocolos de teste são aplicáveis globalmente e são cada vez mais utilizados como referência por autoridades com jurisdição em todo o mundo.
O principal perigo: fuga térmica
Antes de abordar os critérios de projeto, é essencial compreender o que fundamentalmente distingue as baterias de íon-lítio dos riscos de incêndio convencionais. O principal risco é a fuga térmica — definida pela norma NFPA 855 como a condição na qual uma célula eletroquímica aumenta sua temperatura por meio de autoaquecimento de forma incontrolável, podendo levar à liberação de gases, incêndio ou explosão.
Ao contrário de um incêndio tradicional de Classe B ou Classe C, o descontrole térmico é um evento eletroquímico interno. Uma vez iniciado, não pode ser interrompido por um sistema de supressão. O tetraedro do fogo não se aplica diretamente; remover o oxigênio da atmosfera não interrompe o descontrole térmico — apenas impede a ignição dos gases combustíveis liberados, que podem então se acumular até atingir concentrações de deflagração. Esta é uma consideração crítica de projeto que desqualifica imediatamente certas tecnologias de supressão, particularmente aquelas que privam um compartimento de oxigênio.
A fuga térmica pode ser desencadeada por abuso térmico (superaquecimento ou perda de refrigeração), abuso elétrico (sobrecarga ou descarga excessiva) ou danos físicos à célula. Uma vez que uma única célula entra em fuga térmica, a propagação para as células adjacentes é altamente provável, a menos que haja separação adequada ou refrigeração ativa.
A implicação prática para o projeto de sprinklers: o objetivo de um sistema de sprinklers contra incêndio que protege baterias de íon-lítio não é a extinção do evento de fuga térmica em si, mas sim a contenção. O sistema deve resfriar as células adjacentes o suficiente para limitar a propagação para o rack, prateleira ou veículo onde o evento se originou. Esse princípio se aplica independentemente da norma nacional ou regional que rege um determinado projeto.
A química da bateria e o estado de carga são importantes.
Nem todas as baterias de íon-lítio apresentam o mesmo perfil de risco. A composição química do material do cátodo afeta significativamente tanto a densidade de energia quanto a gravidade da fuga térmica. Algumas composições químicas comuns incluem óxido de lítio-níquel-manganês-cobalto (NMC), fosfato de ferro-lítio (LFP), óxido de lítio-níquel-cobalto-alumínio (NCA) e óxido de lítio-cobalto (LCO), entre outras.
Pesquisas dos Laboratórios Nacionais Sandia demonstram que, embora uma maior energia armazenada esteja correlacionada com uma maior entalpia total de fuga térmica, baterias com maior energia específica liberam essa energia mais rapidamente e com taxas de liberação de calor máximas maiores. As químicas NMC e NCA possuem uma densidade de energia maior do que a LFP, mas produzem eventos de fuga térmica mais severos. A química da bateria presente em uma determinada instalação influencia diretamente os critérios de proteção adequados — os profissionais não devem assumir uma abordagem única para todos os casos, independentemente da jurisdição. O estado de carga (SOC) é igualmente relevante. Uma célula com 100% de SOC sofrerá uma fuga térmica significativamente mais violenta do que uma célula idêntica com 30% de SOC, apresentando temperaturas de pico, taxas de aquecimento de pico e entalpia de fuga térmica consideravelmente maiores. Os limites de SOC — tipicamente 60% — são utilizados em diversas estruturas, incluindo as fichas técnicas da FM Global, para definir as classificações de produtos de armazenamento e determinar os critérios de projeto aplicáveis. Compreender o SOC operacional de uma determinada instalação é, portanto, um fator essencial no projeto, e não uma consideração secundária.
O panorama regulatório: de onde vêm os requisitos?
Ao contrário da maioria dos riscos associados a produtos básicos, não existe um documento prescritivo global único que abranja as baterias de íon-lítio em todas as suas aplicações. Mesmo dentro da estrutura regulatória dos EUA, os critérios de projeto devem ser extraídos de múltiplas fontes sobrepostas, dependendo do caso de uso específico. Internacionalmente, o cenário é ainda mais variado, embora os protocolos de teste subjacentes — particularmente a norma UL 9540A — sejam cada vez mais referenciados por órgãos reguladores e autoridades com jurisdição além da América do Norte. A norma NFPA 13 exclui explicitamente as baterias de íon-lítio do seu escopo para fins de projeto de sprinklers. Os requisitos de instalação ainda se aplicam, mas as densidades e áreas de projeto devem ser obtidas em outras fontes. A norma NFPA 855 é o principal padrão dos EUA para sistemas estacionários de armazenamento de energia. Para instalações comerciais internas em conformidade com a norma — onde os grupos de sistemas de armazenamento de energia não excedam 50 kWh cada, separados por pelo menos 90 cm (3 pés) — a densidade de sprinklers prescrita é de 0,3 gpm/pé quadrado (gpm/pé quadrado) em uma área de 232 m² (2.500 pés quadrados). Edifícios de uso não dedicado têm um limite de 600 kWh por área de incêndio; edifícios de uso dedicado não possuem esse limite de energia, desde que sejam mantidas as separações adequadas contra incêndio e as restrições de ocupação. Quando uma instalação não atende aos limites prescritivos da NFPA 855, é necessário realizar testes em grande escala de acordo com a norma UL 9540A.
A Ficha Técnica 5-33 da FM Global rege as instalações de sistemas de armazenamento de energia em baterias de íon-lítio (Li-Ion BESS) com capacidade superior a 20 kWh e especifica critérios baseados na localização, que variam de acordo com a proximidade a áreas expostas, o número de paredes externas acessíveis e a composição química da bateria. Instalações com baterias de níquel-carbono (NMC) exigem maior separação entre corredores do que instalações com baterias de chumbo-ácido (LFP). Quando os requisitos de localização são atendidos, a densidade de sprinklers também é de 0,3 gpm/ft² em toda a área de incêndio, com duração de 45 minutos de abastecimento de água para cada rack de baterias adjacente não separado.
A ficha técnica 7-112 da FM Global é a principal referência para armazenamento de baterias em grande escala, fornecendo classificações de produtos com base no estado de carga (SOC), altura do teto, altura de armazenamento e embalagem, que são utilizadas na ficha técnica 8-9 da FM para os critérios de projeto de sprinklers aplicáveis.
Esses documentos de origem americana são amplamente consultados nos mercados globais — particularmente em projetos multinacionais de manufatura, logística e armazenamento de energia — tornando o conhecimento deles relevante profissionalmente muito além da América do Norte.
UL 9540A: O Caminho Baseado no Desempenho
Para a maioria das instalações de sistemas de armazenamento de energia (ESS) em grande escala, o caminho prescritivo não é economicamente viável — as limitações de densidade de energia tornam o custo por metro quadrado proibitivo. Como resultado, a maioria dos projetos comerciais envolve um projeto baseado em desempenho, validado por meio de testes UL 9540A, um protocolo que ganhou significativa aceitação internacional como metodologia de referência para avaliar a propagação de incêndios por fuga térmica em sistemas de armazenamento de energia em baterias.
A norma UL 9540A é um protocolo de teste em etapas com quatro níveis: Célula, Módulo, Unidade e Instalação. Cada nível submete o sistema de baterias a um evento de fuga térmica forçada e avalia se a propagação é contida dentro dos limites de projeto. Se um determinado nível for aprovado, nenhum teste adicional é necessário. O teste de nível de instalação — o mais relevante para o projeto de sistemas de proteção contra incêndio — avalia a eficácia do sistema de supressão pretendido, seja por meio de sistemas de sprinklers projetados para 0,3 gpm/pé quadrado (Método 1) ou por meio de um plano alternativo de proteção contra incêndio (Método 2). Empreiteiros e projetistas envolvidos em projetos de sistemas de armazenamento de energia (ESS) em qualquer lugar do mundo devem estar familiarizados com os resultados da norma UL 9540A, pois os relatórios de teste do fabricante geralmente ditam os critérios de projeto de sprinklers aplicáveis, o posicionamento dos bicos e o tipo de sistema necessário para uma determinada configuração de instalação.
Considerações específicas da aplicação
Veículos Elétricos e Estacionamentos: A adoção de veículos elétricos está se acelerando globalmente, e com ela surge o desafio de proteger estacionamentos que abrigam veículos com baterias de íon-lítio de grande capacidade. Dados de pesquisa demonstram consistentemente que estacionamentos com sprinklers têm contido incêndios em veículos elétricos na área imediata do fogo. Nos EUA, a norma NFPA 13 elevou a classificação de ocupação recomendada para estacionamentos cobertos para o Grupo de Risco Ordinário 2, e a norma NFPA 88A agora exige sprinklers em todos os estacionamentos, incluindo garagens abertas anteriormente isentas. Reavaliações semelhantes dos critérios de proteção de estacionamentos estão em andamento em diversos mercados internacionais.
Dispositivos de micromobilidade: Bicicletas elétricas, patinetes, hoverboards e dispositivos similares representam um risco crescente em residências em todo o mundo. Esses dispositivos são frequentemente carregados em rotas de fuga e áreas de convivência, muitas vezes com baterias danificadas ou não certificadas. O padrão de incidentes não é exclusivo dos EUA; bombeiros na Europa, Ásia e Australásia têm relatado tendências semelhantes à medida que a adoção da micromobilidade se acelera, chamando a atenção dos órgãos reguladores em diversas jurisdições.
Armazenamento de baterias em grande escala: Com orientações prescritivas praticamente ausentes em normas de instalação como a NFPA 13, a Ficha Técnica FM 7-112 é a referência mais detalhada disponível. Profissionais que atuam em armazéns ou centros de distribuição envolvendo eletrônicos de consumo, módulos de bateria ou produtos acabados alimentados por bateria devem estar preparados para atender aos requisitos da FM ou desenvolver um projeto baseado em desempenho com suporte de testes em escala real.
Conclusão para os profissionais
A proteção de baterias de íon-lítio não é uma especialidade de nicho — está se tornando rapidamente uma competência essencial para profissionais de proteção contra incêndio em praticamente todos os segmentos de mercado e regiões do mundo. Os códigos e normas estão em constante evolução, e a lacuna entre o que a tecnologia exige e o que os critérios prescritivos atualmente fornecem permanece significativa. Os profissionais devem abordar esses projetos com a compreensão de que soluções prescritivas podem não estar disponíveis para uma determinada configuração, que a química e o SOC (estado de carga) são insumos de projeto de materiais e que dados de testes em larga escala — sejam eles provenientes de relatórios UL 9540A ou metodologias equivalentes — serão frequentemente o fator determinante para estabelecer um projeto de sistema aceitável. Para profissionais que atuam em múltiplas jurisdições, será essencial desenvolver fluência tanto nas estruturas de origem americana quanto nas atividades de padronização emergentes em seus próprios mercados. A IFSA existe para conectar profissionais de sprinklers contra incêndio além-fronteiras e promover a ciência e a prática da proteção contra incêndio por sprinklers em todo o mundo. À medida que a tecnologia de baterias de íon-lítio continua a remodelar o cenário de riscos em todos os mercados em que atuamos, manter-nos à frente dessa classe de perigo está diretamente ligado à nossa missão coletiva.