Uma aplicação muito importante dos sensores infravermelhos ou 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 neste artigo, a qual pode servir de base para que os leitores desenvolvam seus próprios projetos.
Um ponto crítico na detecção de incêndios, que pode pôr em risco a vida de muitas pessoas, é o que se refere ao trabalho em túneis. A produção intensa de gás carbônico e o consumo do oxigênio existente nesse ambiente podem rapidamente causar 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 importância para manter a segurança nesses locais.
Porém, 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 se tornou bastante importante no desenvolvimento de sensores para alarmes e que se revelou 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 em um ponto, determinadas mudanças das características do ambiente ocorrem e elas podem ser aproveitadas para que seja feita a detecção.
No entanto, a maior dificuldade que surge 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 acontece 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 tem como elemento que pode falsear uma detecção a presença intensa de poeira e, em alguns casos, até de névoa.
Assim, uma maneira de se desenvolver sensores de incêndio consiste em 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, particularmente, 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, etc., todos eles têm uma composição rica em carbono.
Isso significa que, quando essas substâncias queimam, uma grande quantidade de dióxido de carbono é produzida, veja a figura 3.
Sensores
O que acontece, conforme podemos observar no gráfico anterior, é que a radiação emitida pelo dióxido de carbono em uma chama é ressonante num determinado comprimento de onda que, então, tem uma intensidade muito maior.
Temos um pico de radiação no comprimento de onda de 4,4 µm que pode ser usado justamente para fazer a detecção de uma chama e, portanto, ser utilizado num detector de incêndio.
Com filtros apropriados, poderemos separar a radiação desse comprimento de onda e usá-la para acionar os dispositivos sensores dos alarmes contra incêndios.
Felizmente, conforme ilustra a figura 4, esse comprimento também está dentro da faixa de sensibilidade alta da maioria dos sensores eletrônicos comuns, o que facilita seu emprego nesses detectores.
Os mais usados nas aplicações práticas são as termopilhas ou os sensores piroelétricos, numa configuração semelhante à exibida na figura 5.
Essa configuração mais sofisticada utiliza dois filtros para, justamente, amostrar a radiação. Um filtro seleciona a frequência de pico de emissão do dióxido de carbono ao mesmo tempo em que o outro seleciona uma faixa escolhida para efeito de comparação. Os dois sinais são, então, comparados de modo a fornecer uma informação segura sobre o nível de radiação na frequência gerada por uma chama.
Veja que o fato de que outros corpos emitem radiação infravermelha também, a exemplo do corpo humano, mas não possuem picos em frequências específicas, é importante para ajudar na elaboração dos detectores.
Os sensores do tipo termopilha consistem em uma fila de pares termoelétricos de modo a se obter maior sensibilidade. Visto que os pares termoelétricos ou termopilhas são lineares numa ampla faixa de radiações, os filtros são empregados 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.
Aqui, também são utilizados 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. Logo, não basta ter um sensor apropriado para se garantir que o foco de incêndio será 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. Embora a presença de fumaça e outros fatores no momento possam prejudicar essa visão, um sensor de imagem poderá ser importante e seus sinais deverão ser enviados pela mesma linha que conecta os sensores de chama.
Isso significa não apenas meios apropriados para 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, agregado a dispositivos de processamento rápido e também de envio de imagens do local em que o problema é detectado, possibilitam a elaboração de sistemas anti-incêndio sofisticados.
Evidentemente, o domínio das técnicas de emprego dos sensores deve ser acrescido ao domínio das técnicas de trabalho com processadores e DSPs rápidos.
