Incêndios em veículos elétricos

Combater tecnologia com tecnologia nunca fez tão sentido – Dicas de técnicas e recursos para detectar e combater incêndios com alto poder de destruição e difícil ser controlado

Por Marcelo Valle, especialista em gestão de emergências e serviços de bombeiros civis, diretor e fundador da Mvalle Tech e consultor na Performancelab

Cada vez mais acessíveis, compactas e eficientes, as baterias de lítio são hoje empregadas em larga escala nos setores de autonomia elétrica e energia renovável. Na busca pela descarbonização do nosso planeta, as baterias de lítio se tornaram protagonista na busca pela energia sustentável, tornando viáveis tecnologias como os veículos elétricos.

Com a promessa de maior autonomia e redução no tempo de carregamento, as montadoras declaram que antes do final desta década pretendem substituir totalmente a produção dos carros com motor a combustão pelos elétricos.

Entretanto, não é novidade que incêndios em eletrônicos portáteis, tais como smartphones, overboards e aeromodelos, vem ocorrendo há um certo tempo, principalmente durante o carregamento das baterias. Com aumento da frota mundial de veículos elétricos e híbridos, e com eles baterias mais potentes, graves incêndios vem ocorrendo com mais frequência, exigindo uma alta demanda de pessoal, recursos e tempo.

Este tipo de ocorrência é diferente do que estamos habituados a ver, com o combate levando horas, dias, para controlar o incêndio, exigindo uma grande quantidade de água, de 45 mil a 135 mil litros, dependendo do porte do veículo. 10 a 30 vezes mais do que num combate a um veículo com motor a combustão.

Veículos elétricos no Brasil e a falta de proteção

Shopping centers e condomínios residenciais, comerciais e hospitalares, entre outros empreendimentos, estão apostando na tendência, disponibilizando cada vez mais vagas e estações de carregamento em seus estacionamentos. Isto torna o perigo ainda maior! Quase nenhum desses empreendimentos está preparado para atuar com incêndios em veículos elétricos.

No mundo, existe somente uma norma que estabelece padrões para a instalação de sistemas estacionários de armazenamento de energia, a NFPA 885. Revisada em 2020, com grandes benefícios em prol da segurança, ainda parece não ter soluções definitivas, segundo palavras do próprio presidente da comissão técnica da norma, Mr. Jim Biggins.

Notadamente, no Brasil não há nenhum código para o tema e, como nossa sociedade não sabe prover a segurança contra incêndio com base em critérios de desempenho, poucos empreendimentos enxergam o real perigo e procuram adotar medidas adequadas ao risco.

Eu me atrevo a dizer que estamos diante de uma classe diferente de incêndio, que se inicia e desenvolve por meio de fenômenos eletroquímicos. Os meios convencionais não são capazes de detectar incêndios em veículos elétricos, em tempo de serem combatidos, e as pessoas não estão preparadas para atuar nesse tipo de cenário. Nem mesmo os bombeiros militares. Então pergunto: como podemos nos preparar para este tipo de ocorrência?

O primeiro passo é reconhecer que incêndios em veículos elétricos são potencialmente perigosos. Depois, conhecer os fatores que desencadeiam incêndios em baterias de lítio e como eles se comportam. Em seguida, saber como monitorar e detectar precocemente os sinais, estabelecer um procedimento de alerta e, por fim, saber que recursos e técnicas são eficazes.

É isso que estou oferecendo nesta matéria, um roteiro para te ajudar a mitigar o risco de incêndio em veículos elétrico e planejar uma resposta eficaz. Vou mais além, indico como monitorar a disponibilidade dos recursos de segurança e apresento os desafios e otimismo com relação ao futuro da segurança para as baterias de lítio.

O que torna os veículos elétricos potencialmente perigosos?

Os veículos elétricos possuem baterias de lítio, que são forças eletromotrizes desenvolvidas para gerar tensão e carga elétrica de forma autônoma. As baterias acumulam energia enquanto são alimentadas por uma fonte elétrica, durante o processo de carregamento, para que possam funcionar como uma fonte autônoma de energia, fornecendo eletricidade para dispositivos elétricos ou eletrônicos. São sistemas que transformam a energia através de reações químicas internas de oxirredução, para movimentar elétrons (corrente elétrica) em um circuito externo.

Durante a carga da bateria, os íons de Lítio são separados do catodo, passando por composto eletrolítico para chegar ao anodo, onde se aglomeram, provocando uma tensão elétrica. Essa condição de instabilidade elétrica permanece, até que haja a carga na bateria seja interrompida, ocorrendo todo um processo inverso, com os elétrons, incapazes de percorrer o mesmo caminho, indo do anodo ao catodo por meio dos condutores, gerando corrente elétrica.

Todo esse processo, é o que torna as células das baterias de lítio inerentemente perigosas. Ocorrendo uma falha no nível da célula, do placas de circuito impresso ou do veículo elétrico, um curto-circuito mecânico ou químico entre o catodo e anodo pode provocar uma corrente irregular, maior do que a célula pode manipular. Como consequência, a temperatura interna irá se elevar e desencadear reações químicas exotérmicas, gerando ainda mais calor. O fenômeno dá início ao processo conhecido como “Thermal Runaway”, ou simplesmente “Fuga Térmica”. As reações formam vapores inflamáveis aquecidos, em sua maioria hidrocarboneto, na medida que o eletrólito se dissocia.

A natureza exotérmica dessas reações químicas aumenta exponencialmente a velocidade, aumentando da mesma a temperatura e pressão interna na célula. Tudo acontece velozmente, até a célula perder a sua estabilidade física, em questão de alguns minutos, liberando toda energia térmica no ambiente, junto com os vapores inflamáveis que se expandem violentamente e, em contato com ar, se inflamam intensamente.

Como se comporta um incêndio em bateria de lítio

A expansão violenta e unidirecional dos vapores inflamáveis aquecidos, em contato com ar, gera um jato de fogo (jet-fire), fenômeno muito conhecido na indústria de Petróleo & Gás. As chamas difusas e turbulentas atingem alturas ou distâncias expressivas e impressionantes, quando comparadas ao tamanho da própria bateria. É algo assustador para quem já presenciou algo desse tipo. A intensidade das chamas aumenta continuamente até que a temperatura no veículo elétrico passe dos mil graus.

Este tipo de incêndio requer técnicas e recursos diferenciados para ser controlado. Primeiro, por causa do processo de Fuga Térmica que continua a ocorrer no interior das células das baterias, mesmo quando o fogo é apagado, podendo haver uma re-ignição imediata, se os procedimentos de resfriamento não forem mantidos.

Depois, por causa dos riscos que o produto em que estão instaladas as baterias pode infligir. Se estiverem em local confinado, o evento provocar uma explosão em virtude do acúmulo dos vapores. O fluxo da irradiação térmica é muito maior do que os incêndios estruturais ou em veículos a motor em combustão. Facilmente se alastram, em questão de minutos.

A intensidade e comportamento do incêndio também dependerá de fatores, tais como a quantidade e a forma como as células estão instaladas a capacidade, tensão e corrente elétrica geradas, a tecnologia e dispositivos de segurança instalados, o tipo de equipamento em que está instalada a bateria, o local onde está o equipamento; e o estado em que se encontra: se está em uso; em carregamento; ou em stand-by. Isto é importante, para saber que técnicas, recursos e cuidados que devem ser aplicados.

Um fato muito importante: embora tenham lítio em sua composição, um metal pirofórico, o incêndio em baterias não é Classe D. As bateria de lítio, assim popularmente chamadas, são na verdade constituídas por íons de lítio que se movimentam entre os eletrodos, gerando a tensão e corrente elétrica.

Quando contém seus eletrólitos de sais de lítio retidos em solvente líquido, são chamadas de Bateria Li-Ion e, por sua vez, quando são retidos em polímero sólido, como o óxido de polietileno, são chamadas de Bateria LiPO. Ambas possuem o mesmo princípio de funcionamento, com os íons de lítio se movimentando entre o catodo e anodo, este geralmente composto por grafite.

Por ser o metal menos denso do nosso planeta, duas vezes menos denso que água (boiar na água) é esta propriedade que lhe permite ser aplicado em baterias cada vez mais menores, formando catodos com diversas composições.

Os mais usuais são:

• LFP (Ferrofosfato de Lítio Ferro – LiFePO4);

• LCO (Óxido de Lítio-Cobalto – LiCoO2);

• NMC (Óxido de Níquel Manganês Cobalto – LiNiMnCoO2);

• NCA (Óxido de Alumínio Níquel Cobalto – LiNiCoAlO2).

Portanto, não sejam induzidos a acreditar que um incêndio em bateria de lítio é um incêndio Classe D, típico de material pirofórico. O incêndio tem origem no fenômeno de Fuga Térmica que libera vapores inflamáveis e não pela queima dos seus componentes metálicos.

Dicas de como monitorar e detectar precocemente anomalias térmicas perigosas

Os meios convencionais de detecção são ineficazes para este tipo de incêndio. Quando detectarem a fumaça, chamas ou aumento repentino da temperatura (termovelocimetria), a Fuga Térmica já deu início e, muito provavelmente, o invólucro da célula já se rompeu e um incêndio deflagrou. Sistemas do tipo VESDA ou de detecção por vapores podem funcionar quando o ambiente for confinado.

A melhor forma de se monitorar e detectar incêndios em baterias de lítio é identificar as anomalias que possam indicar uma possível Fuga Térmica, que inicia com uma temperatura por volta dos 60 ºC, chegando ao ápice por volta dos 400 ºC.

Essa faixa varia de fabricante para fabricante. Na temperatura crítica, o invólucro se rompe e ocorre o jet-fire. Portanto, o emprego de câmeras termográficas é um recurso bem indicado para monitorar os veículos elétricos, detectar as anomalias térmicas e iniciar protocolos de alerta e emergências.

As câmeras termográficas podem ser usadas de forma fixa ou portátil. As fixas devem ser monitoradas por meio de um sistema de detecção e alarme, como o da Intelbras, que identifica padrões térmicos predeterminados, emitindo notificações automáticas. As câmeras devem ser instaladas, em quantidade e posição, de forma a conseguir monitorar todos os veículos elétricos, com foco onde as baterias são instaladas no veículo (em geral sob o assoalho) e os dispositivos de carregamento.

O monitoramento pode também ser feito de forma manual, com bombeiros civis, brigadistas ou técnicos de manutenção fazendo inspeções de segurança regulares com leitura termográfica, veículo a veículo. Como sou adepto de ações e tomadas de decisões baseadas em desempenho, defendo que essas rondas sejam monitoradas por um software as service, como o Firelab da Performancelab.

Para esta aplicação, a termografia tem que ser realizada com smartphones e um dispositivo Flir One Pro acoplado, o que permitirá ao executante realizar a leitura termográfica e fazer o registro da inspeção no Firelab. Embora os smartphones com câmeras termográficas sejam realidade, como o Doogee S98 Pro da Sony, não sabemos com exatidão as suas faixas de leitura de temperatura, como por exemplo, o próprio dispositivo Flir One Pro que atinge até 400 ºC, ideal para detectar anomalias térmicas.

Além de manter o histórico das inspeções, com acesso via relatórios e dashboards, qualquer anomalia térmica encontrada pode ser registrada e, automaticamente, reportada pelo aplicativo o Firelab, com emissão de alertas sonoro e visual no Painel de Controle de Eventos, via Web, bem como de notificações por e-mail ou SMS.

Tudo isso, permitirá desencadear procedimentos de alerta e emergência, se necessário.

Procedimentos de alerta

Com o estado de alerta deflagrado, bombeiros civis ou brigada de emergência devidamente capacitados em emergências com baterias de lítio, devem passar a monitorar ostensivamente o veículo que apresentou a anomalia térmica. Se o veículo estiver acoplado ao sistema de carregamento, este deve ser totalmente desenergizado antes de qualquer ação, com apoio da área elétrica da manutenção.

O foco é observar um possível aumento de temperatura que, se for de forma exponencial, pode indicar uma Fuga Térmica em andamento. A capacitação e preparação das pessoas para esta tarefa é tão importante quanto o investimento em recursos de segurança, pois eles deverão saber distinguir as várias leituras térmicas que o veículo possa apresentar e saber identificar se anomalia térmica representa um perigo real.

Caso seja avaliado um cenário de risco, ou mesmo já se presenciar as primeiras chamas, procedimentos de emergência devem ser iniciados. De imediato, recomendo o isolamento da área e tomada de decisão para abandono das pessoas no setor, pavimento ou edificação. Tudo deve estar descrito em um planejamento específico de emergência, devidamente exercitado.

Técnicas para combater incêndio em veículos elétricos

Este tipo de incêndio é muito perigoso, agressivo e, ao mesmo tempo, pouco conhecemos todos os seus potenciais de dano. Literalmente, estamos aprendendo ocorrência a ocorrência. Nunca fez tanto sentido a frase “tecnologia se combate com tecnologia”.

As boas práticas revelam que o resfriamento é a melhor técnica, no momento, para controlar o incêndio em baterias de lítio, mantendo a temperatura abaixo dos patamares críticos, a fim de minimizar a intensidade das chamas e dar mais tempo para a retirada de outros veículos e materiais combustíveis do entorno. Ou mesmo, a retirada do próprio veículo do local.

Como o sistema elétricos dos veículos é blindado e vem com dispositivos de corte de energia elétrica, em caso de qualquer tipo de pane, a técnica mais recomendada é utilizar hidrantes e mangotinhos para o resfriamento das baterias, procedimento que deve ser mantido mesmo que as chamas sejam extintas, pois a Fuga Térmica continua ativa. Chuveiros automáticos com aspersores de nebulização podem ajudar na operação. Os chuveiros convencionais também funcionam, mas podem desperdiçar bastante água. Mantas térmicas (Fire Blanket), como as da BrigetHill, também conseguem manter o veículo sinistrado a baixas temperaturas, quando são totalmente encobertos. Em todas essas aplicações, o primeiro objetivo é extinguir as chamas e depois manter o veículo em baixas temperaturas.

Como o resfriamento não interrompe a Fuga Térmica, mesmo com as chamas sendo extintas, os vapores inflamáveis continuam a ser liberados. Por isso, após extintas as chamas, o veículo deve ser monitorado com uso das câmeras termográficas, a fim de se acompanhar as variações de temperatura, ação que pode levar horas ou dias.

Nesta situação, recomendo o emprego de câmeras termográficas destinadas para o combate a incêndios, por ter maior resistência e maior amplitude de faixas de leitura. Isso, tendo em mente que o fogo pode ultrapassar os 1.000 ºC. Com a temperatura voltando a atingir um limite de segurança pré-determinado, os bombeiros civis e brigadista devem voltar a resfriar o veículo, ação que economizará litros de água, evitando que acabe precocemente.

Um procedimento com repercussão nas redes sociais tem chamado a atenção, depois que bombeiros na cidade de Lovaina, na Bélgica, imergiram um veículo elétrico em um container com água, após as chamas serem extintas. A técnica é usada em laboratórios de testes de baterias, para a imergir as baterias danificadas e o procedimento visa manter o resfriamento, principalmente dos vapores liberados, impedindo que tenham contato com o ar atmosférico em temperatura de ignição. O veículo fica imerso por alguns dias, economizando pessoal e recursos, até ser constatada a estabilidade nos acumuladores de energia. Contudo, existem diversas variáveis, dentre elas o tamanho do container, que precisariam ser equacionadas num estudo de viabilidade.

O maior desafio no controle dos incêndios em baterias de lítio é manter a resiliência. O processo de Fuga Térmica pode demorar horas ou dias para ser totalmente exaurido. Isto significa que o monitoramento deve ser mantido até que as leituras das anomalias comecem a apresentar retração e ocorrer a estabilização térmica.

Recursos inovadores em nosso mercado

Alguns recursos promissores estão ao alcance do mercado nacional. No Brasil, encontramos alguns agentes extintores que, embora não sejam listados em nossa regulamentação de incêndio, possuem eficácia comprovada por meio de testes realizados com padrões internacionais e, alguns deles, em “prova real de fogo”. Indico três deles: o agente encapsulador F-500; o pó especial composto por grafite; e o AVD (dispersão aquosa de vermiculita).

O agente F-500, é um aditivo concentrado para sistemas à base de água, cujas propriedades umectantes atuam no resfriamento da fonte de calor, encapsulando o material combustível (tecnologia de formação de micelas esféricas que tornam os materiais inflamáveis em não-combustíveis) e interrompendo a reação em cadeia dos radicais livres liberados durante a queima (menos fumaça e toxinas).

O F-500 é um produto biodegradável, aprovado para diversas aplicações, como incêndios tridimensionais e com vazão de líquidos e vapores inflamáveis. Possui aprovações da UL (Underwriters Laboratories) dos Estados Unidos e Canadá e das agências ambientais dos EUA, Canadá, Austrália e de inúmeros países da Ásia. Pode ser aplicado diretamente na água do combate, para uso em hidrantes e mangotinhos, dispensando proporcionadores para aeração, ou na forma de extintor portátil.

O extintor de pó especial composto por grafite também tem apresentado bom desempenho no combate às chamas em baterias de lítio. Embora seja um tipo agente extintor destinado a Classe D, reforçando que incêndios em baterias de lítio não possuem pirofóricos, o composto tem se mostrado eficaz no controle dos efeitos da Fuga Térmica, pelo fato de ser similar ao material usado nos anodos, que pela tese anula os efeitos dos sais de lítio.

Essa tese não tem embasamento científico, mas os resultados práticos têm sido satisfatórios, quando o extintor é usado diretamente sobre as baterias sinistradas. Em veículos elétricos e outros produtos, onde as baterias são alojadas em compartimentos, o composto de grafite pode não apresentar o mesmo desempenho.

O agente extintor de incêndio por dispersão aquosa de vermiculita (AVD) é uma tecnologia inovadora para combater com eficácia os incêndios em baterias de íon-lítio. As partículas de vermiculita dentro da névoa gerada se depositam na superfície das células em chamas, secando instantaneamente e produzindo uma barreira não inflamável entre o combustível e a atmosfera. A tecnologia era empregada na proteção de equipamentos elétricos em aeronaves e, agora, tem sua produção voltada para combater incêndios de incêndio em baterias de lítio.

O agente AVD foi testado sob diversas formas de distribuição fixas e portáteis logrando êxito para os diversos tipos de bateria (LFP, NMC, LCO e NCA). Apresentam uma linha de extintores, conhecidos como Lith-Ex, produzidos com diversas dimensões, cada uma compatível ao número de dispositivos instalados ou porte do equipamento elétrico autônomo.

Cada tipo de agente extintor tem aplicação específica e, portanto, o estudo de viabilidade deve levar em consideração os cenários de emergências que as baterias elétricas impõem ao empreendimento. Contudo, vale destacar a tendência de que, no futuro, dispositivos extintores venham instalados no interior dos compartimentos onde as células da bateria são alojadas, integrando uma série de procedimentos de segurança.

Controle da disponibilidade os recursos de segurança

Tão importante quanto obter os recursos adequados para combater incêndios em veículos elétricos, é manter a sua disponibilidade. Esses recursos devem ser vistoriados com menor frequência do que os demais recursos instalados para outras finalidades. Isto vale para extintores, hidrantes, válvulas e dispositivos de acionamento dos sistemas fixos, próximos ao estacionamento e pontos de carregamento.

Novamente, destaco a importância de Firelab como um software as service para a gestão da segurança contra incêndio, permitindo interfaces para cadastro e planejamento das vistorias, de acordo com frequência desejada, com disponibilização de checklists customizáveis e manuais digitalizados no próprio aplicativo.

Todas as informações produzidas em campo são armazenadas em tempo real, gerando resultados específicos e uma base de dados para inferência e suporte a tomada de decisões. Todas as anomalias detectadas, assim como inconformidades e ocorrências podem ser registradas e tratadas via sistema.

Toda a infraestrutura, middleware, software do hub estão localizados em data center contratado pela Performancelab, que gerencia o sistema, garantindo a disponibilidade e segurança do aplicativo e seus dados. O Firelab permite que o empreendimento obtenha acesso a aplicativos atualizados em smartphones, com uso livre de execução de software diretamente no navegador da Web, acesso aos dados do hub de qualquer lugar e mobilização fácil da força de trabalho.

Desafios e otimismo

Os avanços fizeram com que as baterias de lítio se tornassem mais confiáveis e a chance de um dispositivo se incendiar é pequena. “Algo entre 1 em 10 milhões”, diz Ken Boyce, especialista da UL (Underwriters Laboratories). Mas, ainda assim, a natureza fundamental das baterias de lítio representa grandes riscos, pois o evento pode se tornar desastroso em questões de minutos.

Quando se trata da segurança com batarias de lítio, contamos com notícias promissoras no horizonte. Um fluxo constante de desafios emergentes mantém especialistas, bombeiros e fabricantes estão investindo em pesquisas e testes para entender o que acontece durante a fuga térmica, como pará-la ou preveni-la

Mas alerto! Todos que direta, ou indiretamente, lidam com baterias de lítio devem se preocupar com o tema. Até mesmo o proprietário que acabou de comprar seu veículo elétrico. Firmemente, está o fato de que ainda não há técnicas totalmente eficazes para controlar a Fuga Térmica.

Todas as medidas e recursos indicados, até agora, têm limitações e atuam nas consequências e não as causas do problema.
Por este motivo, resolvi publicar esta matéria que, embora seja específico para veículos elétricos e híbridos, as técnicas podem empregadas em outras aplicações e produtos com bateria, requerendo, é claro, adequações!

O tema foi escolhido justamente pelo fato da promessa das montadoras estarem migrando de veículos com motor a combustão por motores elétricos, tornando-as baratos em nosso mercado. Estes veículos já circulam em nossa sociedade, com os empreendimentos investindo em vagas cativas com sistemas de carregamento, sem haver um mínimo de proteção e preparação adequada para lhe dar com incêndios em veículos elétricos.

Antes, era comum dizer que precisávamos “combater o fogo com água”. Agora, temos pensar em “combater a tecnologia com tecnologia”. A segurança tem que caminhar a passos largos para alcançar a tecnologia. No momento, o planejamento para responder emergências que envolvem veículos elétricos e outros tipo de sistema de armazenamento de energia é a melhor arma que todos nós temos, com pessoas preparadas para agir diante de um tipo de incêndio que se comporta diferentemente do que já vimos e difícil de controlar.

Marcelo Valle é especialista em gestão de emergências e serviços de bombeiros civis, diretor e fundador da Mvalle Tech e consultor na Performancelab.