Alarmes de incêndio (ART1159)

Uma aplicação muito importante dos sensores infravermelhos e mesmo de radiação visível é na elaboração de alarmes de incêndio. A necessidade de se ter um sistema seguro que detecte apenas a presença indevida de um ponto de incêndio exige uma tecnologia especial que abordamos nesse artigo e que pode servir de base para que os leitores desenvolvam seus próprios projetos. (Veja também o ART403)

Um ponto crítico na detecção de incêndios, que pode por em risco a vida de muitas pessoas, é o que trabalha em túneis. A produção intensa de gás carbônico e o consumo do oxigênio existente nessa ambiente pode rapidamente causarb mortes nas pessoas que eventualmente fiquem presas nesse local, mesmo que o incêndio não seja de grandes proporções.

A detecção rápida com o acionamento de sistemas de exaustão dos gases é de vital importante para manter a segurança nesses locais.

No entanto, como detectar eficientemente um incêndio num local como esse? Devemos detectar a presença de fumaça, a presença de uma chama ou ainda a emissão de radiações de determinados comprimentos de onda.

Analisaremos uma tecnologia que tem se tornado bastante importante no desenvolvimento de sensores para alarmes nessas aplicações, e que tem se revelado uma das mais eficientes nessa aplicação e eventualmente em outras em que um foco de incêndio deva ser detectado.

 

Sensores de Fogo

Quando um foco de incêndio aparece num ponto, determinadas mudanças das características do ambiente ocorrem e elas podem ser aproveitadas para que seja feita sua detecção.

No entanto, a maior dificuldade que ocorre nesses casos é que algumas dessas mudanças podem ocorrer tendo outras origens que não um foco de incêndio e isso causaria um alarme falso, que deve ser evitado.

Por exemplo, sabemos que uma chama produz radiação infravermelha, mas o mesmo ocorre com um corpo aquecido comum, como um ferro de passar, o motor de um veículo ou mesmo o corpo de uma pessoa, conforme mostra a figura 1.

 


 

 

Da mesma forma, a fumaça que muda a transparência de um meio têm como elemento que pode falsear uma detecção a presença intensa de poeira e em alguns casos até de névoa.

Assim, uma forma de se desenvolver sensores de incêndio consiste em se selecionar um tipo de radiação que seja específica e utilizá-la para acionar o dispositivo sensor.

Isso pode ser conseguido se observarmos o gráfico da figura 2 em que temos o espectro de emissão de alguns corpos e especificamente o espectro de emissão de uma chama.

 


 

 

Quando ocorre um incêndio, na maioria dos casos, a substância que queima é orgânica ou tem um alto teor de carbono. Os hidrocarbonetos, plásticos, madeira, tecidos, papel, todos eles têm uma composição rica em carbono.

Isso significa que, quando essas substância queimam, uma grande quantidade de dióxido de carbono é produzida, conforme mostra a figura 3.

 


 

 

O que ocorre, conforme podemos observar no gráfico da figura 2, é que a radiação emitida pelo dióxido de carbono numa chama é ressonante num determinado comprimento de onda que então tem uma intensidade muito maior.

Temos então um pico de radiação no comprimento de onda de 4,4 um que pode ser usado justamente para fazer a detecção de uma chama e portanto ser usado num detector de incêndio.

Com filtros apropriados, podemos separar a radiação desse comprimento de onda e usá-la para acionar os dispositivos sensores dos alarmes contra incêndios.

Felizmente, conforme mostra a figura 4, esse comprimento também está dentro da faixa de sensibilidade alta da maioria dos sensores eletrônicos comuns, o que facilita sua utilização nesses detectores.

 


 

 

O mais usado nas aplicações práticas são as termopilhas ou ainda os sensores piroelétricos, numa configuração conforme a mostrada na figura 5.

 


 

 

Essa configuração mais sofisticada usa dois filtros para amostrar a radiação justamente. Um filtro seleciona a freqüência de pico de emissão do dióxido de carbono enquanto que o outro seleciona uma faixa selecionada para efeito de comparação.

Os dois sinais são então comparados de modo a fornecer uma informação segura sobre o nível de radiação na freqüência gerada por uma chama.

Veja que o fato de que outros corpos emitem radiação infravermelha também, como o corpo humano, mas não possuem picos em freqüências específicas, é importante para ajudar na elaboração dos detectores.

Os sensores do tipo termopilha consistem numa fila de pares termoelétricos de modo a se obter maior sensibilidade. Como os pares termoelétricos ou termopilhas são lineares numa ampla faixa de radiações, os filtros são usados para se obter a intensidade da radiação típica da chama e a intensidade da radiação tomada como referência.

No caso dos sensores piroelétricos, são usados materiais (cristais) que, ao receberem radiação infravermelha se polarizam passando a apresentar uma tensão elétrica entre suas faces, conforme mostra a figura 6.

 


 

 

Nesse caso, também são usados dois sensores com filtros de modo a se obter um sinal de amostragem e outro sinal de referência para que, através de comparação possa ser feita a detecção da chama.

 

Outros Parâmetros

Não é apenas o sensoriamento da radiação de uma chama que possibilita a detecção eficiente de um, foco de incêndio. Assim, não basta ter um sensor apropriado para que se garanta que o foco de incêndio vá ser sempre detectado nas fases iniciais.

Outros fatores influem no bom funcionamento de um sensor de incêndio e isso deve ser levado em conta ao se fazer seu projeto.

A escolha correta dos filtros, o posicionamento dos sensores e os algoritmos usados no processamento das informações obtidas pelos sensores são fundamentais para o bom desempenho.

E, indo além. Com a necessidade de sistemas cada vez mais sofisticados, os sensores de imagem devem trabalhar em conjunto com os sensores de chama.

Nada melhor do que ter uma visão do local em que é feita a detecção quando ela ocorre. Se bem que a presença de fumaça e outros fatores no momento possam prejudicar essa visão, um sensor de imagem pode ser importante e seus sinais devem ser enviados pela mesma linha que conecta os sensores de chama.

Isso significa não só meios apropriados de codificar esses dois sinais, como também uma capacidade de processamento que permita uma visualização em tempo real de diversos pontos sensoriados.

 

Conclusão

O uso de técnicas que permitem selecionar os comprimentos de onda exatos que devem ser detectados, no caso de uma chama, somada a dispositivos de processamento rápido e também de envio de imagens do local que o problema é detectado, possibilita a elaboração de sistemas anti-incêndio sofisticados.

Evidentemente, o domínio das técnicas de uso dos sensores deve se acrescido do domínio das técnicas de trabalho com processadores e DSPs rápidos.


Opinião

Novos tempos (OP213)

O mundo mudou. Depois da pandemia e também da guerra na Ucrânia o mundo será outro. Estamos presenciando e percebendo isso. Já não somos mais os mesmos.

Leia mais...

Localizador de Datasheets e Componentes


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

Podcast INCB Tecnologia