DESENVOLVIMENTO DE SISTEMA INTEGRADO PARA INCÊNDIO: DETECÇÃO, NOTIFICAÇÃO E COMBATE

Projeto inicial: o projeto piloto é descrito como um sensor de combate às chamas durante períodos de seca severa. Período esse que corresponde a maiores chances de focos de incêndios próximo a áreas residenciais, portanto, faz-se necessários meios de alertar e combater esses focos com o objetivo de auxiliar a população dos perigos eminentes. Os esqueletos iniciais foram feitos em torno do sensor de gás de dióxido de carbono e seu funcionamento, sendo eles: a criação de um local com proteção capaz de alocar o sensor de maneira que o mesmo permaneça seguro dos efeitos causados por exposição aos raios solares, calor e umidade. A seguir a imagem do escopo inicial do local de armazenamento do sensor.

1. Arduíno
2. Protoboard
3. Sensor MQ-2
4. Microcontrolador ATMEGA328P
5. Soquete ZIF
6. led RGB
7. Buzzer
8. Bomba de água
9. Placa
10. Caixa de MDF
11. Lâmina de MDF de 4 mm
12. Esponjas
13. Tintas diversas
14. Galhos de árvore
15. Arames encapados
16. Pote de Vidro
17. Cano transparente maleável
18. Mangueira

No final do último ano, passamos por uma seca intensa no Cerrado, bioma onde fica nossa instituição. Como estudantes, sentimos bastante os efeitos da fumaça das queimadas nas reservas florestais ao redor do campus, tornando difícil respirar e permanecer por muito tempo no local.

Os incêndios naturais fazem parte do ciclo do Cerrado e muitas espécies já se adaptaram a eles. No entanto, os incêndios criminosos ameaçam comunidades próximas às reservas (ICMBio, s.d; Miranda et al., 2002). O campus Gama do Instituto Federal de Brasília, situado perto da Reserva Ecológica do IBGE, sofre diretamente os impactos das queimadas, principalmente nos períodos de seca.

Propomos a criação de um sistema de irrigação nas áreas próximas e um alerta para os limites entre reservas e zonas urbanas. Não queremos eliminar totalmente os incêndios, mas sim proteger melhor as áreas de transição (Walter & Ribeiro, 2010). Segundo o INPE, o Distrito Federal teve 349 focos de incêndio em 2024, e a tendência é que esses números aumentem devido às mudanças climáticas (INPE, 2024).

A fumaça das queimadas contém substâncias tóxicas, como o monóxido de carbono, que podem causar desde dores de cabeça até problemas respiratórios graves (MetSul, 2024). Exposições mais intensas levam a taquicardia, náuseas e até colapso (WDHS, 2019; ATSDR, 2012; Fiedler et al., 2023).

Levando em conta todos esses fatores e os aprendizados da disciplina de "Química Ambiental", pensamos em desenvolver um sistema de alerta e proteção para quem mora ou frequenta áreas próximas às reservas naturais, como nós. Não queremos impedir que os incêndios aconteçam, pois fazem parte do ciclo ecológico do Cerrado, mas sim reduzir os danos nas áreas de fronteira e avisar a população para que possa se proteger melhor.

Considerando os pontos anteriormente citados a respeito dos efeitos do ambiente no arduíno, pensou-se um receptáculo capaz de abrigar o sensor em formato de uma cabana com pilares de sustentação. Ilustrou-se essa ideia inicialmente por meio de formatos geométricos que evoluíram para uma pequena base com sustentação. Os materiais para a fabricação da base precisam ser resistentes ao calor, umidade e possíveis intervenções por animais.

Decidimos manter nossos reservatórios de água subterrâneos, pois nossa intenção é minimizar o impacto do projeto na estrutura ecológica do local. Para isso, elaboramos um sistema de captação da água da chuva utilizando coletores no formato de funis rasos com pequenos orifícios para a passagem da água, acompanhados de filtros que impedem a queda de animais ou plantas, evitando obstruções e garantindo a segurança da fauna local.

Após determinar o funcionamento do sensor, esquematizamos um coletor de água da chuva para que essa água pudesse ser utilizada na contenção de incêndios. O armazenamento foi planejado dentro de um cilindro subterrâneo feito de material resistente à água, calor e agentes corrosivos. Esse reservatório está conectado a um sistema de irrigação integrado ao sensor de detecção de gases, que, ao identificar níveis alarmantes, aciona automaticamente uma bomba de água. A água é então bombeada do cilindro subterrâneo para a superfície por meio de uma tubulação, irrigando as áreas ao redor, incluindo a fronteira do perímetro e a estrutura da torre de observação.

A torre de observação abriga o detector de fumaça, uma sirene e sinais luminosos, garantindo alertas tanto sonoros quanto visuais, incluindo pessoas com deficiência auditiva ou visual que possam residir na área. Além disso, projetamos essa estrutura para operar em conjunto com o corpo de bombeiros, proporcionando um suporte estratégico para a prevenção e combate a incêndios.

Definição de Pinos:

O código inicia com a definição dos pinos usados para os componentes. Que são eles o buzzer, os do LED RGB (vermelho, verde, azul), o do sensor de fumaça e o pino que controla a bomba de água.

Inicialização

Função Setup :

No bloco setup(), o código configura todos os pinos como entrada ou saída, dependendo da função do componente a comunicação seria iniciada para facilitar o monitoramento dos valores do sensor.

Função de Desligamento:

Esta função é responsável por desligar todos os componentes quando acionada, garantindo assim que a bomba, LEDs e buzzer sejam desligados quando o sistema retornar para um estado seguro.

Loop Principal:

No loop(), o código realiza a leitura contínua do valor do sensor de fumaça e a partir desses valores toma decisões.

1. Leitor do Sensor de Fumaça:

O valor lido do sensor de fumaça (que varia de 0 a 1023) é mapeado para determinar a situação de risco sendo para o (nível seguro, moderado ou crítico).

1. Condicionais para Determinar o Nível de Risco:

Nível Seguro: Se o valor for menor que 450, o sistema indica segurança com a cor verde no LED, desativa a bomba de água e o buzzer.

Nível Moderado: Entre 450 e 600, a cor amarela é exibida no LED, a bomba de água é acionada e o buzzer emite um som moderado.

Nível Crítico: Acima de 600, o LED fica vermelho e o buzzer emite um som mais alto. A bomba de água continua acionada para tentar combater o incêndio.

Link para o Tinkercad: https://www.tinkercad.com/things/0sjVQgZwV9x-copy-of-sensor-de-incendio-02

A montagem do circuito foi feita pelo o nosso professor orientador, que foi explicando os seus passos ao longo do processo.

Para melhorar a compactação e o custo do circuito foi decidido utilizar microcontroladores ao invés do arduino completo, o modelo que utilizamos foi o “ATMEGA328P”. Para fazer essa substituição utilizou um soquete ZIF com o chip e anexou a um protoboard junto com o sensor de gás, led, buzzer e a bomba de água para testar as conexões e escolher o melhor caminho.

Depois ele conectou o chip a um gravador AVR para transferir o código feito para o microcontrolador, de acordo com nossas pesquisas, o professor deve ter utilizado Arduino IDE e AVRDUDE para transferir o código no computador para o chip, deve ter sido necessário o uso de um bootloader pois o chip era novo.

Após atestar a montagem e conexões com o código, ele removeu o ATMEGA328P do Soquete ZIF e o instalou em uma placa definitiva, onde foi soldado os fios que se conectam aos outros componentes do nosso circuito. Fizemos mais testes, e depois de pronto o acoplamos a maquete.

Para a parte da impressão 3D criamos três modelos no Tinkercad, representando os componentes do nosso projeto. O primeiro modelo representa uma calha que foi pensada para fazer a captação de água da chuva auxiliar na maquete mas para o sistema natural não precisaria dela, já o segundo representa o Instituto federal de Brasília e por último representa o módulo do controle de segurança. O processo de modelagem foi feito com a ajuda do nosso professor, que nos orientou nas etapas de criação e adaptação dos modelos para garantir que fossem funcionais e adequados ao projeto.

A ideia inicial para a maquete era fazer ela em uma base plana com apoio direto no pote de vidro, mas com o desenvolver da ideia, percebeu-se que desta maneira o sistema ficaria desequilibrado, por tanto preferimos adaptar a ideia é utilizar uma caixa de mdf como suporte para o pote facilitando também a visualização do que seria o nosso subterrâneo. A primeira coisa a ser feita foram os furos principais para passagem das mangueiras, tanto a de captação d’água como a do sistema de incêndio.

Para as casinhas da maquete a ideia era também fazer em mdf através da máquina de corte de lazer, mas por problemas técnicos tivemos que partir para a segunda opção que foi a impressora 3D, durante a impressão da miniatura da casa que se encontra o sensor de gás houve alguns empecilhos, como por exemplo a umidade do ambiente que acabou interferindo na impressão 3D do arquivo. A impressão foi comprometida devido a presença de água no ar do ambiente em excesso, devido a esse aspecto os filamentos se tornam quebradiços. Contudo, após a correção e controle do ambiente, a impressão foi realizada e trabalhamos a parte da pintura.

A próxima etapa foi as gramas e as árvores que foram feitas a partir de esponjas de lavar louça, utilizamos a parte superior da esponja (parte verde) para fazer a grama e a parte inferior (parte amarela) para moldar as copas das árvores e os arbustos, utilizamos tinta para tingir a esponja e conseguir os tons desejados para o nosso bioma a ser representado. Para a montagem das árvores usou-se galhos de árvores secos para fazer o caule e fixamos as esponjas com arames.

Partindo para a montagem o primeiro desafio foi fixar as árvores no gramado, tivemos problema para a colocação, pois os tipos de materiais envolvidos não estavam ajudando/facilitando nessa etapa (madeira e esponja). Para dar a estabilidade necessária, tivemos que pré furar a base da maquete para fixar os caules das árvores, apenas assim conseguimos obter o resultado esperado, utilizado a cola quente tanto para colar as árvores como para colar as gramas.

A partir da base pronta foi possível adicionar o sistema na maquete, com cuidado o sistema foi colocado na miniatura do sensor, mas como nem tudo vem fácil, tivemos problema novamente na parte da fiação, não havia por onde passar e embutir, logo tivemos que adaptar a base da maquete para solucionar o problema, coisa simples, apenas incluímos mais um fura na base da maquete e adicionamos um furo na casinha da floresta, para que o sistema ficasse mais bonito esteticamente e ecologicamente correto.

Com o sistema já pronto partiu para a colocação da mangueira de captação com o respectivo funil e a mangueira da saída de água, no desenvolver desta etapa ficou nítido a necessidade de uma calha a fim de proteger a maquete, para o projeto no geral não seria necessário já que o mesmo se encontrará em um meio natural, mas para a conservação da maquete fazia sentido. Com esse novo empecilho analisamos a opção de usar cano pvc para solucionar o problema, mas tinha uma barreira no quesito de isolamento das pontas do cano, não víamos um jeito de possibilitar a utilização do cano de modo que não atrapalhasse a sua fixação na maquete, como isso pensamos em desenvolver uma calha através do tinkercad para imprimir na impressora 3D adaptando todas as barreiras que o cano impossibilitava, o que no final funcionou muito bem e resolveu os problemas que haviam aparecidos.

Durante o desenvolvimento do projeto, enfrentamos muitos desafios ,principalmente relacionados a parte de programação. Como não tínhamos muita experiência, nos deparamos com alguns obstáculos técnicos principalmente em entender como diferentes componentes se conectavam e funcionavam juntos, mas o desafio maior foi entender a lógica da programação, o que nos fez buscar muita informação e aprender aos poucos como testando, errando e corrigindo.

A dificuldade em entender e corrigir erros no código foi uma tarefa que nos causou uma certa frustração, mas com paciência e perseverança tudo foi resolvido. Entretanto, esses desafios nos proporcionaram uma grande oportunidade de aprendizado.

Próximos passos:

1. Energia Solar: Devido a nossa falta de conhecimento e tempo, não conseguimos alimentar o nosso circuito a partir de energia solar. Queremos que o projeto funciona da forma mais ecologicamente limpa possível
2. PCI: Pretendemos comprar placas com nossos circuitos previamente impressos para melhorar o acabamento do produto final, diminuir seu tamanho e baratear sua produção.
3. Mudança dos materiais da maquete: Como priorizamos a utilização de materiais reciclados, como as esponjas, acabando utilizando materiais inflamáveis ou sensíveis à água, o que trouxe a necessidade de elaborar uma calha na borda da maquete. Essa parte “extra” afasta nosso projeto da estrutura real, assim pretendemos utilizar materiais mais resistentes nas próximas adaptações.

Conclusão:

O desenvolvimento do projeto foi uma jornada desafiadora, mas ao mesmo tempo enriquecedora que nos proporcionou integrar diversas áreas de conhecimento como a programação , impressão 3D, eletrônica e sustentabilidade. A construção do circuito eletrônico, com o uso de sensores e a programação foi um dos maiores desafios, principalmente pela nossa falta de experiência em programação.Contudo com a orientação do professor foi possível superar esses desafios, permitindo-nos aprender e a melhorar o sistema ao longo do processo.

Em síntese este projeto não apenas nos proporcionou um grande aprendizado técnico, mas também uma reflexão sobre o impacto ambiental das queimadas no Cerrado e como podemos contribuir para minimizar esses efeitos de maneira eficaz e sustentável.