MODELAGEM DE UM SISTEMA DE DETECÇÃO, ALARME E … · A simbologia utilizada para representação desta planta baixa dos setores onde foi implantado o SDAI é disposta na Tabela

MODELAGEM DE UM SISTEMA DE

DETECÇÃO, ALARME E COMBATE A

INCÊNDIO ATRAVÉS DE REDES DE

PETRI

Angelo Rocha de Oliveira (CEFET )

[email protected]

Daniel Pinheiro Teixeira (CEFET )

[email protected]

Layon Mescolin de Oliveira (CEFET )

[email protected]

Henrique Borges Rezende (CEFET )

[email protected]

Lindolpho Oliveira de Araujo Junior (CEFET )

[email protected]

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.

XXXIII ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO A Gestão dos Processos de Produção e as Parcerias Globais para o Desenvolvimento Sustentável dos Sistemas Produtivos

Salvador, BA, Brasil, 08 a 11 de outubro de 2013.



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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 24:202.03

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

http://www.nfpa.org/categoryList.asp?categoryID=124

http://www.nfpa.org/categoryList.asp?categoryID=124



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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



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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 17240 [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:



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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



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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



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FIGURA 1 - Sala elétrica com projeto SDAI

Na sala A (9m x 6m) foram projetados no teto 6 detectores ópticos, com espaçamentos



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entre os detectores de 3m e uma distância de 1,5m da parede, dentro do limite que a NBR

17240 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



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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.

3.2.1 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.

3.2.2 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.



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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


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.


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 1962.

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.



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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.



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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.



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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



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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, 2010.

CARDOSO, J., VALLETE, R., “Redes de Petri”, Florianópolis, SC, 1997.

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, 2007.

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, 1996.

Norma Brasileira, “Sistemas de detecção e alarme de incêndio – Projeto, instalação e alarme de incêndio –

Requisitos”, ABNT 17240, 2010.

Sobre ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas, Disponível em: http://www.abnt.org.br/, acessado em

12/03/2013.

Sobre NFPA, National Fire Protection Association, Disponível em: http://www.nfpa.org/, acessado em

13/03/2013.

http://www.abnt.org.br/

http://www.nfpa.org/

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