Detector de Monóxido de Carbono

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Antecedentes

Um detector de monóxido de carbono é um dispositivo eletrônico que detecta a presença de monóxido de carbono (CO) em um prédio e soa um alarme para alertar os ocupantes para fugir. O monóxido de carbono é um gás inodoro e venenoso, que pode ser gerado por fornos a gás e aquecedores de água, fogões, aquecedores de ambiente ou fogões a lenha se estiverem com defeito ou não forem ventilados adequadamente. Carros, geradores portáteis e equipamentos de jardinagem movidos a gás também geram monóxido de carbono e podem causar problemas se forem operados em áreas fechadas ou garagens anexas. Uma vez inalado, o monóxido de carbono inibe a capacidade do sangue de transportar oxigênio, repondo o oxigênio nas células vermelhas do sangue, impedindo que o suprimento de oxigênio alcance os órgãos do corpo. Essa privação de oxigênio pode causar vários danos, dependendo do nível de exposição. A exposição a níveis baixos pode causar sintomas semelhantes aos da gripe, incluindo falta de ar, leves dores de cabeça, fadiga e náuseas. A exposição a níveis elevados pode causar tonturas, confusão mental, fortes dores de cabeça, náuseas e desmaios. A exposição prolongada a níveis elevados pode causar a morte. De acordo com a Comissão de Segurança de Produtos de Consumo dos EUA, mais de 2.500 pessoas morrerão e 100.000 serão gravemente feridas pelo monóxido de carbono nos próximos 10 anos.

A tecnologia usada para detectar o monóxido de carbono foi originalmente desenvolvida para aplicações industriais. Por exemplo, a indústria química usa vários sensores eletrônicos de gás para aplicações analíticas. Os primeiros sensores industriais envolviam um sensor de câmara dupla, que oxidava monóxido de carbono e comparava o calor de oxidação da câmara de teste a uma câmara de referência. Este tipo de oxidação requer um catalisador especial de óxido de platina e uma fonte de calor para queimar o monóxido de carbono. Esses sistemas eram inaceitáveis ​​para uso doméstico devido à complexidade de operação, despesas e falta de sensibilidade. No entanto, na última década ou assim, os detectores domésticos de monóxido de carbono tornaram-se possíveis por meio de melhorias na tecnologia avançada de detecção de gás. Outros fatores-chave também contribuíram para o aumento da popularidade dos detectores de CO. Um deles é o aumento do uso de outros aparelhos de segurança doméstica, como alarmes de fumaça. Outra é a maior consciência dos perigos do monóxido de carbono. Hoje, detectores de CO relativamente baratos podem ser comprados por apenas $ 30- $ 80. Na verdade, muitas cidades agora exigem que pelo menos um detector de fumaça seja instalado em cada casa, apartamento e hotel.

Design

O fator de projeto mais importante para um detector de CO é o tipo de sensor que ele emprega. Os detectores domésticos podem ser projetados com vários tipos diferentes de sensores. O tipo mais simples é conhecido como cartão de detecção. Esses são cartões de fibra impressos com um ponto que muda quimicamente de cor quando exposto ao monóxido de carbono. Este tipo de detector não soa um alarme e requer verificações regulares para determinar se foi exposto ao monóxido de carbono. Embora sejam baratos (US $ 4 a US $ 18), eles não oferecem proteção suficiente para serem usados ​​como detector primário. O sensor de gel bio-mimético é uma tecnologia mais sofisticada, projetada para imitar a resposta do corpo ao monóxido de carbono, absorvendo continuamente o gás. No entanto, como esse tipo de sensor absorve constantemente o monóxido de carbono, ele não pode ser zerado de maneira adequada e, portanto, está mais sujeito a alarmes falsos. Além disso, o sensor de gel bio-mimético pode levar até 48 horas para reiniciar após a exposição, período durante o qual os ocupantes da casa ficam desprotegidos. Os sensores de óxido de metal são mais precisos e são o tipo comum de sensor empregado em modelos domésticos. Esse tipo de sensor usa circuitos de dióxido de estanho de estado sólido, que limpam rapidamente e monitoram continuamente o ar quanto à presença de monóxido de carbono. Os detectores construídos com essa tecnologia podem exibir a concentração de CO como uma leitura digital. Quando um nível específico de CO é alcançado, o detector emite um alarme. No entanto, esses detectores têm capacidade limitada de autodiagnóstico para determinar a eficiência ou condição de trabalho do sensor. Além disso, eles podem ser sensíveis a gases diferentes do monóxido de carbono que são encontrados em casa, como propelentes de spray de cabelo. Finalmente, a precisão desse tipo de sensor pode variar em até 40% após seis meses de uso. Outro tipo de sensor empregado por certos fabricantes é a tecnologia de detecção eletroquímica de detecção e resposta instantânea (IDR), que deve ser o método de detecção mais eficaz. A tecnologia IDR é usada como um padrão da indústria para equipamentos de detecção profissional e detecta instantaneamente a presença de monóxido de carbono. Os detectores construídos com esta tecnologia não reagem a outros gases e têm uma precisão de mais ou menos 3%.

Outro fator importante do projeto é o tipo de fonte de alimentação do detector. Estão disponíveis detectores alimentados por bateria e alimentados por CA. Os detectores operados por bateria são fáceis de instalar, mover e continuar a operar durante quedas de energia quando sistemas de aquecimento de emergência podem estar em uso. No entanto, as baterias devem ser substituídas pelo menos a cada dois anos. Por outro lado, os detectores de plug-in com alimentação CA não requerem a substituição da bateria. Essas unidades alimentadas eletricamente são capazes de limpar uma falsa leitura em minutos. Detectores plug-in com bateria de reserva também estão disponíveis a um custo um pouco mais alto. Além dos modelos com bateria e plug-in, estão disponíveis alguns modelos que podem ser conectados por fio. Este estilo permite que vários detectores sejam conectados juntos para que todos soem um alarme quando o monóxido de carbono for detectado por qualquer um dos detectores.

Componentes

Os detectores de monóxido de carbono são montados a partir dos seguintes componentes:um sensor, que é capaz de medir a concentração do gás e enviar um sinal quando a concentração de monóxido de carbono atinge níveis pré-determinados; um microprocessador, que é capaz de receber sinais elétricos do sensor e enviar sinais para a buzina de alarme e o painel de controle; um display visual (geralmente um painel de cristal líquido (LCD)), que comunica o nível de CO e outras informações operacionais; um circuito de alarme capaz de gerar um som alto o suficiente para acordar as pessoas dormindo em áreas adjacentes ao detector; uma conexão de alimentação (um plugue CA, conexão de bateria ou ambos); uma placa de circuito, que serve de base para os componentes eletrônicos; e uma caixa de plástico que mantém todos os componentes juntos.

O processo de fabricação

A produção de um detector de monóxido de carbono envolve três etapas principais. A primeira etapa é a fabricação dos componentes eletrônicos individuais e a fixação desses componentes na placa de circuito. A segunda é a fabricação da caixa de plástico. A terceira etapa envolve a montagem de todos os componentes, testes para confirmar o desempenho e embalagem para envio.

Construção de componentes

• 1 A placa de circuito é montada a partir de planos esquemáticos, galvanizando (ou adicionando) cobre na superfície do substrato no padrão desejado. Os vários diodos e componentes do circuito são inseridos em orifícios na placa e soldados no lugar. Os principais componentes do detector, como câmara do sensor, buzina de alarme e painel de exibição LCD, são geralmente fabricados separadamente por empresas especializadas em componentes eletrônicos. Freqüentemente, são adquiridos pelo fabricante do detector de fumaça.

Fabricação de invólucros de plástico

• 2 A caixa de plástico é feita por um processo de moldagem por injeção em que a resina plástica e outros aditivos são misturados, derretidos e injetados em um molde de duas peças A produção de a O detector de monóxido de carbono envolve três etapas principais. A primeira etapa é a fabricação dos componentes eletrônicos individuais e a fixação desses componentes na placa de circuito. A segunda é a fabricação da caixa de plástico. A terceira etapa envolve a montagem de todos os componentes, testes para confirmar o desempenho e embalagem para envio. sob pressão. Depois que o plástico esfria, o molde é aberto e o invólucro de plástico é ejetado. As peças podem requerer escovagem manual para suavizar pequenas imperfeições ou rebarbas no plástico.

Montagem final e embalagem

• 3 A placa de circuito é instalada na caixa e as conexões apropriadas são feitas. Um botão de teste é instalado, um suporte de montagem é adicionado e uma tampa é colocada no lugar para concluir a montagem. As etiquetas de identificação e advertência apropriadas são aplicadas com adesivo sensível à pressão. Um número representativo de unidades tem seu desempenho testado antes da embalagem. Finalmente, as unidades são embaladas e enviadas aos distribuidores.

Controle de qualidade

O principal recurso de controle de qualidade da fabricação de detectores de CO é a calibração do sensor. Os detectores de CO de qualidade superior são, na verdade, monitores de gás, que avaliam continuamente a concentração local de CO em comparação com um padrão interno. Este processo de calibração permite que os sensores discriminem entre um nível de fundo normal de CO e uma concentração perigosamente alta. Em condições normais, um nível de fundo aceitável pode ser tão alto quanto 25-35 partes por milhão (ppm). Pode ocorrer exposição prejudicial se a concentração atingir a faixa de 75-100 ppm. Os padrões do Underwriter Laboratory para detectores de CO exigem que eles soem um alarme dentro de 90 minutos após a exposição a 100 ppm de CO; dentro de 35 minutos quando exposto a 200 ppm; e dentro de 15 minutos quando exposto a 400 ppm. Os primeiros detectores de CO tinham que ser calibrados manualmente, colocando o instrumento em um ambiente de concentração conhecida de CO e medindo os resultados. No entanto, esse processo era caro e demorado e, portanto, só era usado para equipamentos industriais caros. Com a crescente popularidade das unidades domésticas, métodos de calibração mais eficientes foram necessários. Detectores modernos de alta qualidade são equipados com recursos de calibração interna, que podem realizar testes de diagnóstico de emissão de gás de baixo nível regularmente para confirmar a precisão e o status operacional do sensor. Se o detector descobrir qualquer problema com o sensor, ele emite um padrão de som especial para alertar os ocupantes de que o sensor está com defeito. Além disso, cada detector é equipado com um botão de teste para permitir que o circuito de alarme seja avaliado manualmente.

O Underwriters Laboratory (UL) emitiu padrões de qualidade que foram adotados pela indústria de detectores de CO. A partir de 1º de outubro de 1995, um detector deve ter o número "UL 2034" se estiver em conformidade com os padrões atuais de segurança e qualidade.

O Futuro

O futuro dos detectores de monóxido de carbono está em constante evolução, à medida que melhorias são feitas na eletrônica de detecção de gás. A tecnologia IDR descrita anteriormente é um exemplo dessa tecnologia de ponta. Os detectores futuros também incorporarão recursos avançados semelhantes. A maior controlabilidade oferecida por interfaces controladas por computador tornará os dispositivos futuros mais fáceis de usar. Eles oferecem benefícios ao consumidor nos dispositivos de segurança combinados. Por exemplo, as gerações futuras de detectores controlados por computador podem ser ligadas aos eletrodomésticos, que têm maior probabilidade de gerar monóxido de carbono, como fornos a gás ou aquecedores de água quente. Quando a unidade detecta níveis inaceitavelmente altos de CO, ela envia um sinal ao aparelho para encerrar o processo de combustão e desligar o fluxo de gás para que nenhum monóxido de carbono seja liberado. À medida que novos modelos se tornam disponíveis com sensibilidade aprimorada e outros recursos de valor agregado, os detectores de CO se tornarão ainda mais fáceis de usar e serão ainda mais úteis como dispositivos de salvamento.