Detector de humo

Antecedentes

Un detector de humo es un dispositivo que detecta la presencia de humo en un edificio y advierte a los ocupantes, permitiéndoles escapar de un incendio antes de sucumbir a la inhalación de humo o quemaduras. Equipar una casa con al menos un detector de humo reduce a la mitad las posibilidades de que los residentes mueran en un incendio. En 1992, los lectores de la Revista R&D seleccionó alarmas de humo para el hogar como uno de los "30 productos que cambiaron nuestras vidas". Los detectores de humo se volvieron ampliamente disponibles y asequibles a principios de la década de 1970. Antes de esa fecha, las muertes por incendios en el hogar promediaban 10,000 por año, pero a principios de la década de 1990 la cifra se redujo a menos de 6,000 por año.

Actualmente se fabrican dos tipos básicos de detectores de humo para uso residencial. El detector de humo fotoeléctrico utiliza un haz óptico para buscar humo. Cuando las partículas de humo nublan el haz, una célula fotoeléctrica detecta la disminución de la intensidad de la luz y activa una alarma. Este tipo de detector reacciona más rápidamente a los fuegos sin llama que liberan cantidades relativamente grandes de humo.

El segundo tipo de detector de humo, conocido como detector de humo con cámara de ionización (ICSD), es más rápido para detectar incendios en llamas que producen poco humo. Emplea un material radiactivo para ionizar el aire en una cámara de detección; la presencia de humo afecta el flujo de iones entre un par de electrodos, lo que dispara la alarma. Entre el 80 y el 90% de los detectores de humo en los hogares estadounidenses son de este tipo. Aunque la mayoría de los modelos residenciales son unidades autónomas que funcionan con una batería de 9 voltios, los códigos de construcción en algunas partes del país ahora requieren que las instalaciones en casas nuevas estén conectadas al cableado de la casa, con una batería de respaldo en caso de un corte de energía. .

La fuente de radiación típica de ICSD emite partículas alfa que quitan electrones de las moléculas de aire, creando iones positivos de oxígeno y nitrógeno. En el proceso, los electrones se unen a otras moléculas de aire, formando iones negativos de oxígeno y nitrógeno. Dos electrodos cargados de manera opuesta dentro de la cámara de detección atraen los iones positivos y negativos, creando un pequeño flujo de corriente en el espacio de aire entre los electrodos. Cuando las partículas de humo ingresan a la cámara, atraen algunos de los iones, interrumpiendo el flujo de corriente. Se construye una cámara de referencia similar para que no entren partículas de humo. El detector de humo compara constantemente el flujo de corriente en la cámara de detección con el flujo en la cámara de referencia; si se desarrolla una diferencia significativa, se dispara una alarma.

Historial

El desarrollo de estos dispositivos de salvamento comenzó en 1939 cuando Ermst Meili, un físico suizo, ideó un dispositivo de cámara de ionización capaz de detectar gases combustibles en las minas. El verdadero avance fue la invención de Meili de un tubo de cátodo frío que podía amplificar la pequeña señal electrónica generada por el mecanismo de detección a una fuerza suficiente para activar una alarma.

Aunque los detectores de humo con cámara de ionización han estado disponibles en los Estados Unidos desde 1951, inicialmente se usaban solo en fábricas, almacenes y edificios públicos porque eran costosos. En 1971, los ICSD residenciales estaban disponibles comercialmente; cuestan alrededor de $ 125 por detector y se venden a una tasa de unos cientos de miles por año.

Durante los cinco años siguientes se produjo una serie de nuevos desarrollos tecnológicos, que redujeron el costo de los detectores en un 80% y aumentaron las ventas a 8 millones en 1976 y a 12 millones en 1977. Para entonces, los circuitos de estado sólido habían reemplazado al anterior sistema de refrigeración fría. tubo de cátodo, reduciendo significativamente el tamaño de los detectores así como su costo. Las mejoras en el diseño, incluidas las bocinas de alarma con mayor eficiencia energética, permitieron el uso de tamaños de baterías comúnmente disponibles en lugar de las baterías especiales difíciles de encontrar que se requerían anteriormente. Las mejoras en los circuitos hicieron posible monitorear tanto la disminución de voltaje como la acumulación de resistencia interna en la batería, cualquiera de los cuales activaría una señal para reemplazar la fuente de energía. La nueva generación de detectores también podría funcionar con cantidades más pequeñas de material de fuente radiactiva, y la cámara de detección y la caja del detector de humo se rediseñaron para un funcionamiento más eficaz.

Materias primas

Un detector de humo ICSD está compuesto por una carcasa de plástico de cloruro de polivinilo o poliestireno, una pequeña bocina de alarma electrónica, una placa de circuito impreso con una variedad de componentes electrónicos y una cámara de detección y una cámara de referencia, cada una de las cuales contiene un par de electrodos y el material fuente radiactivo.

El americio 241 (Am-241), un isótopo radiactivo, ha sido el material fuente preferido para las ICSD desde finales de la década de 1970. Es muy estable y tiene una vida media de 458 años. Por lo general, se procesa con oro y se sella dentro de láminas de oro y plata.

El
proceso de fabricación

La producción de un detector de humo consta de dos pasos principales. Una es la fabricación del Am-241 en una forma (normalmente una lámina) que se puede instalar en las cámaras de detección y de referencia. El otro es el ensamblaje de todo el ICSD, comenzando con todos los componentes individuales o con cámaras de detección y referencia prefabricadas obtenidas del fabricante del material fuente radiactivo. La siguiente descripción cubre todos los pasos, aunque algunos pueden ser realizados por diferentes fabricantes. Las pruebas e inspecciones en varias etapas del proceso de ensamblaje garantizan un producto confiable.

Fuente radiactiva

• 1 El proceso comienza con el compuesto AmO ₂ , un óxido de Am-241. Esta sustancia se mezcla completamente con oro, se le da forma de briqueta y se fusiona mediante presión y calor a más de 1470 ° F (800 ° C). Se aplica un respaldo de plata y una cubierta frontal de oro o aleación de oro a la briqueta y se sellan mediante forjado en caliente. Luego, la briqueta se procesa a través de varias etapas de laminación en frío para lograr el espesor y los niveles de emisión de radiación deseados. El grosor final es de aproximadamente 0,008 pulgadas (0,2 mm), y la cubierta dorada representa aproximadamente el uno por ciento del grosor. La tira de papel de aluminio resultante, que tiene aproximadamente 20 mm (0,8 pulgadas) de ancho, se corta en secciones de 1 metro (39 pulgadas) de largo.
• Se perforan 2 elementos fuente ICSD circulares de la tira de lámina. Cada disco, que tiene aproximadamente 0,2 pulgadas (5 mm) de diámetro, está montado en un soporte de metal. Se enrolla un borde de metal delgado en el soporte para sellar completamente el borde cortado alrededor del disco.

Las cámaras de detección y referencia

• 3 Un disco de material fuente está montado en la cámara de detección y otro está montado en la cámara de referencia adyacente. Los electrodos se instalan en ambas cámaras y se conectan a cables externos que sobresalen de la parte inferior de las cámaras.

La placa de circuito

• 4 Las placas de circuito impreso se preparan a partir de esquemas de diseño perforando orificios para los cables de los componentes y colocando una traza de cobre en la parte posterior para formar los caminos para las corrientes eléctricas. En la línea de montaje, los diversos componentes electrónicos (diodos, condensadores, resistencias, etc.) se insertan en los orificios correspondientes de la placa. Los cables que se extienden por la parte posterior de la tabla están recortados.

• 5 La cámara de detección, la cámara de referencia y una bocina de alarma están instaladas en la placa de circuito impreso.
• 6 Luego, la placa pasa por una máquina de soldadura por ola, que suelda los componentes electrónicos en su lugar.

Vivienda

• 7 La carcasa de plástico consta de una base de montaje y una tapa. Ambos se fabrican mediante un proceso de moldeo por inyección en el que el plástico en polvo y los pigmentos de moldeo se mezclan, se calientan, se introducen en un molde bajo presión y luego se enfrían para formar las piezas finales.

Montaje final

• 8 La placa de circuito está asentada en la base de montaje de plástico. Se instala un botón de prueba para que el dispositivo se pueda probar periódicamente después de la instalación en el hogar. Se agrega un soporte de montaje a la base y se agrega la cubierta para completar el ensamblaje.
• 9 El detector de humo está empaquetado en una caja de cartón, junto con una batería y un manual del propietario.

Nuevos desarrollos

Algunos desarrollos recientes pueden hacer que los detectores de humo sean aún más efectivos. Un modelo, por ejemplo, utiliza una alarma de luz estroboscópica para alertar a las personas con discapacidad auditiva del peligro. La luz estroboscópica remota se puede montar en un dormitorio aunque el detector pueda estar ubicado en otra habitación o pasillo, lo que brinda la misma ventaja de alerta temprana disponible para las personas que escuchan cuando suena una alarma desde fuera del dormitorio.

En 1993, Newtron Products rediseñó un detector de humo tradicional para que quepa en los filtros de aire estándar de un sistema de calefacción central o aire acondicionado con el fin de examinar el aire que circula por todo el edificio. Cuando detecta humo, el dispositivo apaga el ventilador del sistema para evitar que el flujo de aire ayude a esparcir el humo y el fuego. Además, activa una alarma que resuena a través de los conductos y es audible en cualquier parte del edificio.

Otro tipo de detector de incendios puede utilizar sonido. Los investigadores del Laboratorio de Investigación de Incendios y Edificios del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología han descubierto que varios tipos de materiales de vivienda, como madera, plástico y paneles de yeso hacen sonidos identificables a medida que se expanden debido al calentamiento rápido. Los transductores piezoeléctricos pueden detectar esos sonidos incluso antes de que los materiales comiencen a quemarse. Esto sería especialmente útil para detectar incendios incipientes causados ​​por cableado eléctrico sobrecalentado dentro de las paredes de un edificio.