Detector de fumaça

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Antecedentes

Um detector de fumaça é um dispositivo que detecta a presença de fumaça em um edifício e avisa os ocupantes, permitindo-lhes escapar de um incêndio antes de sucumbir à inalação de fumaça ou queimaduras. Equipar uma casa com pelo menos um detector de fumaça reduz pela metade as chances de os moradores morrerem em um incêndio. Em 1992, os leitores da Revista R&D selecionou alarmes de fumaça domésticos como um dos "30 produtos que mudaram nossas vidas". Os detectores de fumaça tornaram-se amplamente disponíveis e acessíveis no início dos anos 1970. Antes dessa data, as fatalidades em incêndios domésticos eram em média de 10.000 por ano, mas no início da década de 1990 o número caiu para menos de 6.000 por ano.

Dois tipos básicos de detectores de fumaça são atualmente fabricados para uso residencial. O detector de fumaça fotoelétrico usa um feixe óptico para procurar fumaça. Quando partículas de fumaça turvam o feixe, uma célula fotoelétrica detecta a diminuição da intensidade da luz e dispara um alarme. Este tipo de detector reage mais rapidamente a incêndios latentes que liberam quantidades relativamente grandes de fumaça.

O segundo tipo de detector de fumaça, conhecido como detector de fumaça de câmara de ionização (ICSD), é mais rápido em detectar chamas que produzem pouca fumaça. Ele emprega um material radioativo para ionizar o ar em uma câmara de detecção; a presença de fumaça afeta o fluxo de íons entre um par de eletrodos, o que aciona o alarme. Entre 80 e 90% dos detectores de fumaça nos lares americanos são desse tipo. Embora a maioria dos modelos residenciais sejam unidades independentes que operam com uma bateria de 9 volts, os códigos de construção em algumas partes do país agora exigem que as instalações em novas casas sejam conectadas à fiação da casa, com uma bateria reserva em caso de falha de energia .

A fonte de radiação ICSD típica emite partículas alfa que retiram elétrons das moléculas de ar, criando oxigênio positivo e íons de nitrogênio. No processo, os elétrons se ligam a outras moléculas de ar, formando íons negativos de oxigênio e nitrogênio. Dois eletrodos com carga oposta dentro da câmara de detecção atraem os íons positivos e negativos, estabelecendo um pequeno fluxo de corrente no espaço de ar entre os eletrodos. Quando as partículas de fumaça entram na câmara, elas atraem alguns dos íons, interrompendo o fluxo da corrente. Uma câmara de referência semelhante é construída de forma que nenhuma partícula de fumaça possa entrar. O detector de fumaça compara constantemente o fluxo de corrente na câmara de detecção com o fluxo na câmara de referência; se ocorrer uma diferença significativa, um alarme é acionado.

História

O desenvolvimento desses aparelhos salva-vidas começou em 1939, quando Ermst Meili, um físico suíço, desenvolveu um dispositivo de câmara de ionização capaz de detectar gases combustíveis em minas. O verdadeiro avanço foi a invenção de Meili de um tubo catódico frio que poderia amplificar o pequeno sinal eletrônico gerado pelo mecanismo de detecção com uma intensidade suficiente para ativar um alarme.

Embora os detectores de fumaça de câmara de ionização estejam disponíveis nos Estados Unidos desde 1951, eles eram usados ​​inicialmente apenas em fábricas, armazéns e prédios públicos porque eram caros. Em 1971, os ICSDs residenciais estavam disponíveis comercialmente; custam cerca de US $ 125 por detector e são vendidos a uma taxa de algumas centenas de milhares por ano.

Uma série de novos desenvolvimentos tecnológicos ocorreu nos cinco anos seguintes, reduzindo o custo dos detectores em 80% e aumentando as vendas para 8 milhões em 1976 e 12 milhões em 1977. Nessa época, os circuitos de estado sólido substituíram os anteriores. tubo catódico, reduzindo significativamente o tamanho dos detectores, bem como seu custo. Refinamentos de design, incluindo buzinas de alarme mais eficientes em termos de energia, permitiram o uso de tamanhos de baterias comumente disponíveis, em vez das baterias especiais difíceis de encontrar que antes eram necessárias. As melhorias nos circuitos tornaram possível monitorar a diminuição da tensão e o aumento da resistência interna na bateria, qualquer uma das quais acionaria um sinal para substituir a fonte de alimentação. A nova geração de detectores também pode funcionar com quantidades menores de material de fonte radioativa, e a câmara de detecção e o gabinete do detector de fumaça foram reprojetados para uma operação mais eficaz.

Matérias-primas

Um detector de fumaça ICSD é composto de um invólucro feito de cloreto de polivinil ou plástico de poliestireno, uma pequena buzina de alarme eletrônico, uma placa de circuito impresso com uma variedade de componentes eletrônicos e uma câmara de detecção e uma câmara de referência, cada uma contendo um par de eletrodos e o material da fonte radioativa.

Americium 241 (Am-241), um isótopo radioativo, tem sido a fonte preferida de material para ICSDs desde o final dos anos 1970. É muito estável e tem meia-vida de 458 anos. Geralmente é processado com ouro e lacrado com folhas de ouro e prata.

O processo de fabricação

A produção de um detector de fumaça consiste em duas etapas principais. Uma é a fabricação do Am-241 em uma forma (normalmente uma folha) que pode ser instalada nas câmaras de detecção e referência. A outra é a montagem de todo o ICSD, começando com todos os componentes individuais ou com sensores pré-fabricados e câmaras de referência obtidas do fabricante do material da fonte radioativa. A descrição a seguir cobre todas as etapas, embora algumas possam ser executadas por fabricantes diferentes. Testes e inspeções em várias etapas do processo de montagem garantem um produto confiável.

Fonte radioativa

• 1 O processo começa com o composto AmO ₂ , um óxido de Am-241. Esta substância é completamente misturada com ouro, moldada em um briquete e fundida por pressão e calor a mais de 1470 ° F (800 ° C). Um suporte de prata e uma cobertura frontal de ouro ou liga de ouro são aplicados ao briquete e selados por forjamento a quente. O briquete é então processado em várias etapas de laminação a frio para atingir a espessura e os níveis de emissão de radiação desejados. A espessura final é de cerca de 0,008 polegadas (0,2 mm), com a cobertura de ouro representando cerca de um por cento da espessura. A tira de folha resultante, que tem cerca de 0,8 polegadas (20 mm) de largura, é cortada em seções de 39 polegadas (1 metro) de comprimento.
• 2 Elementos de fonte ICSD circulares são perfurados para fora da tira de folha metálica. Cada disco, que tem cerca de 5 mm (0,2 polegadas) de diâmetro, é montado em um suporte de metal. Um fino aro de metal no suporte é enrolado para selar completamente a borda cortada ao redor do disco.

As câmaras de detecção e referência

• 3 Um disco de material fonte é montado na câmara de detecção e outro é montado na câmara de referência adjacente. Os eletrodos são instalados em ambas as câmaras e conectados a condutores externos que se projetam para fora da parte inferior das câmaras.

A placa de circuito

• 4 As placas de circuito impresso são preparadas a partir de esquemas de projeto, fazendo furos para os terminais dos componentes e colocando um traço de cobre na parte traseira para formar os caminhos para as correntes elétricas. Na linha de montagem, os vários componentes eletrônicos (diodos, capacitores, resistores, etc.) são inseridos nos orifícios adequados na placa. Leads que se estendem para fora da parte traseira da placa são cortados.

• 5 A câmara de detecção, a câmara de referência e uma buzina de alarme são instaladas na placa de circuito impresso.
• 6 A placa então passa por uma máquina de solda por onda, que solda os componentes eletrônicos no lugar.

Habitação

• 7 A caixa de plástico consiste em uma base de montagem e uma tampa. Ambos são feitos pelo processo de moldagem por injeção no qual o plástico em pó e os pigmentos de moldagem são misturados, aquecidos, forçados a um molde sob pressão e, em seguida, resfriados para formar as peças finais.

Montagem final

• 8 A placa de circuito está assentada na base de montagem de plástico. Um botão de teste é instalado para que o dispositivo possa ser testado periodicamente após a instalação em casa. Um suporte de montagem é adicionado à base e a tampa é adicionada para completar a montagem.
• 9 O detector de fumaça é embalado em uma caixa de papelão, junto com uma bateria e um manual do proprietário.

Novos desenvolvimentos

Alguns desenvolvimentos recentes podem tornar os detectores de fumaça ainda mais eficazes. Um modelo, por exemplo, usa um alarme de luz estroboscópica para alertar pessoas com deficiência auditiva sobre o perigo. A luz estroboscópica remota pode ser montada em um quarto, mesmo que o detector possa estar localizado em outro cômodo ou corredor, dando a mesma vantagem de aviso prévio disponível para pessoas ouvintes quando um alarme soa de fora do quarto.

Em 1993, a Newtron Products redesenhou um detector de fumaça tradicional para caber nos filtros de ar padrão de um sistema de aquecimento central ou ar condicionado, a fim de examinar o ar que circula por todo o edifício. Ao detectar fumaça, o dispositivo desliga o soprador do sistema para evitar que o fluxo de ar ajude a espalhar a fumaça e o fogo. Além disso, ele dispara um alarme que ressoa através da tubulação e é audível em qualquer lugar do edifício.

Outro tipo de detector de incêndio pode utilizar som. Investigadores do Laboratório de Pesquisa em Construção e Incêndio do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia descobriram que vários tipos de materiais de habitação, como madeira, plástico e drywall, emitem sons identificáveis ​​à medida que se expandem devido ao aquecimento rápido. Transdutores piezoelétricos podem detectar esses sons antes mesmo de os materiais começarem a queimar. Isso seria especialmente útil na detecção de incêndios incipientes causados ​​por fiação elétrica superaquecida dentro das paredes de um edifício.