MODELAGEM DE UM SISTEMA DE DETECÇÃO, ALARME E COMBATE A INCÊNDIO ATRAVÉS DE REDES DE PETRI

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1 MODELAGEM DE UM SISTEMA DE DETECÇÃO, ALARME E COMBATE A INCÊNDIO ATRAVÉS DE REDES DE PETRI Angelo Rocha de Oliveira (CEFET ) Daniel Pinheiro Teixeira (CEFET ) Layon Mescolin de Oliveira (CEFET ) Henrique Borges Rezende (CEFET ) Lindolpho Oliveira de Araujo Junior (CEFET ) A automação de sistemas de combate a incendios é fundamental para a segurança das instalações e, sobretudo, para preservação de vidas humanas. No Brasil, os sistemas internos de proteção contra incêndio não acompanham a mesma tendência, o qque acarreta uma detecção ou combate tardio, maximizando os prejuizos gerados por estes eventos. A complexidade do sistema de detecção e combate varia de acordo com a demanda do próprio sistema e as possíveis consequências causadas. Assim sendo, a análise de segurança do sistema deve ser realizada de forma modular, levando em consideração as especificidades de cada ponto. Este trabalho apresenta a modelagem formal de um sistema de Detecção e Alarme de Incêndio (SDAI) através de Rede de Petri, capaz de realizar a detecção do ponto onde é iniciado o incêndio e realizar ou não seu combate, seja de forma autônoma ou manual. Palavras-chaves: Redes de Petri; Automação; SDAI.

2 1. Introdução O desenvolvimento mundial e a globalização fizeram com que os países passassem por um processo de crescimento industrial e urbano, acarretando maior aglomeração de pessoas nos diversos setores da atividade humana, como ocorreu com a expansão das edificações verticais. Desta forma, surgiram alguns dos riscos tecnológicos, como uma maior demanda no consumo energia, uma grande concentração de cargas, materiais combustíveis, produtos químicos, complexidade nas instalações eletricas, máquinas e equipamentos, aumentando consideravelmente a vulnerabilidade para incêndios nas edificações, comprometendo assim a segurança de instalações, equipamentos e sobretudo das pessoas que as utilizam. Para garantir a segurança contra incêndios, são tomadas medidas que sempre representam um investimento adicional, que em muitas das vezes são dispensados em função de análises econômicas superficiais que consideram como custo inviável. Deixando o seguro como a única alternativa viável a redução dos danos ocasionados pelo incêndio. Não se pode negligenciar a segurança das pessoas, e para uma organização um incêndio pode levá-la a enormes prejuízos ou até mesmo falência, pelos seus custos diretos e indiretos, os impactos ambiental e social, e a perda de mercado. No Brasil as normas de detecção de incêndio são elaboradas pela CE 24: Comissão de Estudo de Sistemas de Detecção e Alarme de Incêndio do CB-24 Comitê Brasileiro de Segurança Contra Incêndio vinculadas a ABNT. Outra associação de normatização que é referência mundial na área de segurança contra incêndios é a National Fire Protection Association (NFPA). Essa associação é responsável por 300 códigos e padrões que são projetados para minimizar o risco e os efeitos do fogo, estabelecendo critérios para a construção, transformação, design, serviço e instalação nos Estados Unidos, assim como muitos outros países. Voluntários votam em propostas e revisões em um processo que é credenciado pela American National Standards Institute (ANSI). Com o auxílio de processos automáticos, é possível desenvolver um sistema de detecção, alarme e combate a incêndio para garantir a segurança da estrutura física e dos ocupantes das instalações protegidas. Utilizando o formalismo de Redes de Petri é possível 2

3 ainda verificar a dinâmica do processo executado por sistemas inteligentes de proteção. 2. Sistema Supervisório de Detecção e Alarme de Incêndio O sistema de detecção e alarme de incêndio (SDAI) é um sistema integrado e disposto de forma planejada com o intuito de detectar os estágios iniciais de um incêndio. Além da detecção, executa comandos de alarme, por meio de sinalização audiovisual, e atua no processo de extinção das chamas. As ações de comando podem ser tanto manuais como automáticas. O sistema supervisório deve ser capaz de executar a distribuição de funções como monitorar, controlar e utilizar, pela rede, a interface gráfica para o usuário. Sua arquitetura é de Cliente - Servidor, com rede modular, de sistemas operacionais padrão, redes e protocolos. O supervisório deve ser integrado por meio de uma rede WAN (Wide area network) que ligará os pontos deste sistema. A operação e configuração remota deve se dar utilizando comunicação padrão dial-up via modem. As conexões entre servidores pode se dar por meio de rede WAN ou LAN (Local area network). O supervisório deve permitir que vários pontos do SDAI possam ser controlados remotamente a partir de servidores, em tempo real e baseado no histórico de eventos vindo de qualquer servidor. Para que essa condição possa ser satisfeita é preciso que o supervisório tenha os seguintes aspectos: Acesso global aos dados do sistema. Isso faz com que usuários de determinada estação de trabalho de um servidor tenha informações desejadas de qualquer outro servidor do sistema; Sistema de segurança/filtro onde se pode nomear pontos de acesso em um servidor pelos usuários ou pelo próprio servidor, por meio de um banco de dados. É preciso que os alarmes, mensagens ou sinalizações emitidos pelo sistema em um servidor possam ser vizualiazados por qualquer outro servidor; O sistema deve ser capaz de gerar gráficos a partir de todas as ocorrências de todos os servidores, simultaneamente, interligados a uma única planilha; É necessário geração de relatórios e análises baseados nos dados enviados pelos servidores. Mais uma vez essas informações devem estar disponíveis 3

4 para qualquer servidor. Os fluidos utilizados na extinção são o gás FM 200 (que suprime o fogo por inundação total) e água. O SDAI deve ser completamente micro processado e sua arquitetura deve seguir normas técnicas específicas para este tipo de sistema, NBR [4]. A arquitetura de um SDAI deve ser composta de várias centrais de incêndio em rede interligadas a estações gráficas de operação. Uma arquitetura de sistema arranjada desta maneira permite que ele trabalhe de forma inteligente e integrada. Entre os dispositivos que compõem a rede de um SDAI estão detectores de fumaça, de temperatura, de chamas, acionadores manuais, módulos de controle e dispositivos de sinalização. 2.1 Dispositivos de um SDAI Dentre os principais dispositivos de um sistema supervisório de detecção e combate a incêndio, podem-se destacar: Detector de fumaça de alta sensibilidade por aspiração: Este tipo de detector utiliza o sistema VESDA (Very Early Smoke Detection Apparatus), que possui uma rede de dutos internos que, continuamente, aspiram o ar. Este ar passa por dois filtros um deles para deter partículas de sujeira e o outro para evitar a contaminação dos sensores. Detector de fumaça pontual de alta sensibilidade a laser: Este detector é um dispositivo com sensibilidade até 100 vezes maior do que sensores tradicionais. Possui uma câmara sensora com um diodo a laser muito brilhante. É equipado com um algoritmo de rejeição de alarme falso. Detector de fumaça fotoelétrico inteligente: Este tipo de dispositivo possui câmara óptica sensora capaz de detectar vários tipos de fumaça, de acordo com a combustão que a provocou. Esses dispositivos se comunicam em grupo, o que significa que, quando é detectada alguma informação diferente, a central de processamento interrompe o processo de pesquisa nos dispositivos e se concentra na área da pertubação. Mini módulo monitor e módulo relé: 4

5 É um módulo que tem a função de supervisionar dispositivos que fechem um contato quando estão em alarme ou em atuação livre de potencial, como, por exemplo, a solenóide que aciona o gás FM200, chaves de fluxo, detectores térmicos, pressostatos e outros. Ou seja, transforma qualquer contato (NA ou NF) em um ponto endereçável. O módulo relé tem a função de ligar ou desligar exaustores e ventiladores, abrir ou fechar damperes, que são dispositivos que fecham a passagem de ar na tubulação de ar condicionado, comandar a abertura de passagens restritas, entre outros comandos semelhantes. Módulo isolador de curto circuito: Na ocorrência de um curto-circuito entre os condutores de um laço, este dispositivo permite que o sistema mantenha parte deste laço funcionando, deixando inativos somente dispositivos ligados ao trecho do laço onde houver ocorrido a falha, voltando de forma automática à operação normal quando os danos forem reparados. 3. Estudo de Caso Como estudo de caso para a modelagem de um sistema de detecção e combate a incêndio em Redes de Petri, foi escolhida a implantação do mesmo em uma sala com equipamentos elétricos, como transformador de média tensão e sistemas de ar condicionado, ou seja, equipamentos que requerem um sistema de detecção e combate à incêncios de alta eficiência. 3.1 Caracterização do ambiente com projeto SDAI O ambiente estudado consiste de 4 salas em um mesmo piso, a planta baixa com o ambiente estudado é representada na Figura 1. A simbologia utilizada para representação desta planta baixa dos setores onde foi implantado o SDAI é disposta na Tabela I. TABELA 1 - Simbologia empregada no projeto do Sistema de detecção e alarme de incêndio Dispositivo Simbologia Sinalizador sonoro Detector óptico de fumaça endereçável Ponto de detecção por aspiração 5

6 Chave bloqueio (abort) Acionador manual Release Detector por aspiração Central de alarme de incêndio Sinalizador sonoro visual Módulo monitor endereçável Módulo relé endereçável Detector térmico 6

7 FIGURA 1 - Sala elétrica com projeto SDAI Na sala A (9m x 6m) foram projetados no teto 6 detectores ópticos, com espaçamentos 7

8 entre os detectores de 3m e uma distância de 1,5m da parede, dentro do limite que a NBR exige, além de um detector por aspiração da unidade Vesda VLF-250, que cobre até uma área de até 250 m² com 6 pontos de detecção com espaçamento entre eles de três metros. O sistema de detecção por aspiração da Sala A é melhor retratado na Figura 2. O Vesda será monitorado por três minimódulos monitores para endereçar alarme, pré-alarme e falha. O detector óptico mais ao centro da sala terá uma base específica com módulo isolador embutido, de modo que a atuação de um módulo isolador de falha desative apenas os dispositivos a ele ligados, isolando as consequências de um curto circuito àquele trecho de laço. Figura 2 - Sistema de detecção por aspiração da Sala A A central de alarme bem como um detector óptico de fumaça serão dispostos na sala B (4m x1m) projetados de acordo com a norma anteriormente citada. Na sala C (sala com ar condicionado) de 4x3 metros serão instalados um detector óptico e um módulo relé, este último quando acionado fecha contato para o intertravamento com o ar condicionado. Por se tratar de uma sala com um tranformador a seco, na sala D (4m x 2m) será utilizado um detector térmico para que seja evitado uma má detecção por queima da graxa. É importante ainda salientar que apenas na Sala A será utilizado o gás FM-200 por se tratar de uma sala com potencial incêndio classe C (incêndio com equipamentos elétricos energizados). 3.2 Descritivo operacional do sistema 8

9 O sistema deverá funcionar de duas maneiras distintas, dependentes da necessidade da sala. Distinguindo-se em sistema somente de detecção e sistema de detecção e combate Alarme de incêncio em ambientes apenas com detecção, sem combate a incêndio Em ambientes onde é necessária somente a detecção, em caso de incêndio é acionado o alarme sonoro e visual na sala central, com identificação do dispositivo e endereço lógico, o que permite identificar o ponto exato da planta onde foi detectado incêndio. Neste caso não será gerado nenhum disparo de sirene nos ambientes Alarme de incêndio em ambientes com detecção e combate a incêndio Caso a presença do incêndio seja detectada somente pelo detector de fumaça presente do piso ou no teto ou pelo alarme Vesda, é acionado alarme sonoro e visual na sala central, com identificação do dispositivo e endereço lógico. A identificação do endereço lógico é de vital importância para o bom funcionamento do sistema, pois através da mesma é capaz de se obter com precisão o ponto exato onde foi detectado o incêndio. A etapa seguinte é a ativação da sirene pré-alarme, indicando que a região está no limiar de acionamento dos extintores. Caso a presença das chamas seja detectada por mais de um detector de fumaça ou alarme Vesda, o que significa que o incêndio tomou proporções maiores, o sistema de detecção e combate age da seguinte forma: Acionamento do alarme sonoro e visual na sala central, indicando os dispositivos e endereços lógicos; Acionamento do módulo de combate para desligar o sistema de ar condicionado; Ativa a segunda zona de cruzamento de incêndio, inicia o tempo de contagem de 30 segundos onde a sirene de ALARME é ativada. Após término de 30 segundos, será iniciado a descarga do gás no ambiente em questão. Ativação da sirene visual no ambiente, o som da sirene passa a ser mais intenso e ativa a solenóide do cilindro de gás no ambiente afetado. 9

10 Acionamento de alarme sonoro e visual na central de incêndio com identificação do dispositivo e endereço lógico, a fim de indicar que a solenóide está ativada. Uma terceira situação possível seria a ativação manual do sistema de combate a incêndio, onde o sistema é ativado pelo operador, independente do estado dos sensores. Para este caso o algoritmo de combate à incêndios age da seguinte maneira Acionamento de alarme sonoro e visual na central de incêndio com identificação do dispositivo e endereço. Identificação na central de incêndio como MANUAL e disparo de sirene de ALARME. Acionamento do módulo de comando para desligar o ar-condicionado do ambiente afetado; Ativação da sirene visual e a solenóide do cilindro de gás no ambiente afetado. Acionamento de alarme sonoro e visual na central de incêndio com identificação do dispositivo e endereço lógico, a fim de indicar que a solenóide está ativada. 3.2 Modelamento em redes de Petri Definida a lógica de funcionamento do sistema de detecção e combate a incêndios, a etapa seguinte é o modelamento do sistema em redes de Petri. Redes de Petri (RdP) surgiram da tese de doutorado de Carl Adam Petri, intitulada Kommunication mit Automaten (Comunicação com Autômatos), apresentada à Universidade de Bonn em Porém, as primeiras aplicações de RdP aconteceram somente em 1968, no projeto norte-americano Information System Theory, da A.D.R. (Applied Data Research, Inc.). A rede de petri é atrativa para sistemas de controle sequencial e paralelo, pois pode descrever facilmente exclusão mútua ou sincronização entre processo paralelo e possui fundamentação teórica para análise de sistemas. Existem para a planta em questão dois ambientes lógicos, como citados anteriormente, os ambientes com combate e sem combate. 10

11 Os ambientes sem combates são a sala do ar condicionado, sala do transformador e a entre sala, sendo que cada uma contém apenas um detector. O sistema modelado em rede de Petri para as salas onde não é necessário combate pode ser visualizado na Figura 3. FIGURA 3 - Sistema sem combate a incêndio Já o sistema com detecção e combate à incêndios, apresentado na Figura 4, por possuir maior complexidade é dividido em três etapas. 11

12 Figura 4 - Sistema com combate a incêndio Na Figura 5 esta exemplificada a primeira zona do cruzamento de incêndio, em que os sensores são ativados, a central de incêndio imediatamente é alarmada e identificando os endereços dos dispositivos. 12

13 Figura 5 - Zona de cruzamento de incêndio Já no segundo quadrado demonstrado na Figura 6 é demonstrada a segunda zona do cruzamento, em que é desligado o ar condicionado, liga a sirene sonora e começa a contar os 30 segundos para liberação do gás FM-200. Figura 6 - Zona de prevenção Na Figura 7, a imagem mostra o estágio da abertura da válvula do gás FM-200, mudando-se o som da sirene sonora e ativando a sirene visual. Figura 7 - Estágio de atuação 4. Considerações finais Ao utilizar equipamentos automáticos e um sistema de proteção micro processado é possível previnir e combater incêndios controlando prejuizos, fica demonstrado através da Rede de Petri que o sistema pode ser isolado em diversas seções e o combate localizado não 13

14 acarreta a paralisação total do ambiente. Ao final prova-se que um sistema de prevenção não trata-se de um custo para as empresas e sim um investimento que pode evitar prejuizos materiais e salvar vidas. Agradecimentos Os autores agradecem ao MEC/SESu, FNDE, CAPES, FAPEMIG, Fundação CEFETMINAS e CEFET-MG pelo apoio ao desenvolvimento deste trabalho. Referências ALMEIDA, E. D., Apostila do Sistema de Detecção, Alarme a Incêndio, Honeywell, CARDOSO, J., VALLETE, R., Redes de Petri, Florianópolis, SC, JUNIOR, G.G.P., SILVA, A.C.P., DUARTE, D.C.L., Os impactos econômicos do incêndio na competitividade global da empresa: O caso da realidade pernambucana, XXVII Encontro Nacional de Engenharia de Produção, ENEGEP, Foz do Iguaçu, PR, KAMAMURA, T, "Implementation od a Large Petri net by a group of Petri net controller", Yokohama National University. MACIEL, P. R. M., LINS, R. D. CUNHA, P. R. F., Introdução às Redes de Petri e Aplicções, X Escola de Computação, Campinas, SP, Norma Brasileira, Sistemas de detecção e alarme de incêndio Projeto, instalação e alarme de incêndio Requisitos, ABNT 17240, Sobre ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas, Disponível em: acessado em 12/03/2013. Sobre NFPA, National Fire Protection Association, 13/03/2013. Disponível em: acessado em 14

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