BRPI0611778A2 - válvula para controlar o fluxo de fluido e sistema de aspersão de supressão de incêndio - Google Patents

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BRPI0611778A2
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William J Reilly
Kevin J Blease
Joseph K Banis
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Victaulic Co Of America
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Abstract

VáLVULA PARA CONTROLAR O FLUXO DE FLUIDO E SISTEMA DE ASPERSãO DE SUPRESSãO DE INCENDIO. é revelada uma válvula para sistemas de aspersão de supressão de incêndio. A válvula tem uma câmara com uma entrada e uma saída. Um elemento de fechamento, posicionado dentro da câmara, é móvel para fechar e abrir a entrada. A lingúeta engata o elemento de fechamento para mantê-lo na posição fechada. A lingúeta também engata um diafragma deformável. O diafragma se deforma em resposta à pressão aplicada a ele e permite que a lingúeta se desloque entre uma posição engatada, engatada com o elemento de fechamento e uma posição desengatada afastada do elemento de fechamento. Quando o diafragma é despressurizado ele permite que a lingúeta se desloque e se desengate do elemento de fechamento, o qual se abre sob pressão de fluido a partir da entrada e permite que o fluido flua através da válvula.

Description

VÁLVULA PARA CONTROLAR O FLUXO DE FLUIDO E SISTEMA DEASPERSÃO DE SUPRESSÃO DE INCÊNDIO
Campo da Invenção
Esta invenção se refere às válvulas usadas paracontrolar o fluxo de fluido e, especialmente, às válvulasusadas em sistemas de aspersão de supressão de incêndio.
Antecedentes da Invenção
Sistemas de aspersão, automáticos, para proteçãocontra incêndio de estruturas tais como edifícios deescritório, depósitos, hotéis, escolas e semelhantes sãoexigidos quando existe uma quantidade significativa dematéria combustível presente na estrutura. A matériacombustível pode ser encontrada nos materiais a partir dosquais o próprio edifício é construído, assim como noconteúdo do edifício, tal como mobílias ou mercadoriasarmazenadas.
A Figura 1 mostra um diagrama esquemático de umsistema de aspersão de supressão de incêndio 10compreendendo cabeças de aspersão 12 presas a uma rede deencanamento 14 que se estende através da estrutura (nãomostrada) a ser protegida. A rede de encanamento 14 éconectada a uma fonte de água pressurizada 16 ou outrofluido de supressão de incêndio através de uma válvula decontrole 18. Um acionador 20 controla a abertura da válvula18 em resposta às mudanças em um ou mais parâmetros físicosindicativos de um incêndio, tal como uma mudança de pressãodentro da rede de encanamento, ou um aumento de temperaturadentro da estrutura conforme descrito abaixo. Diversostipos de acionadores podem ser usados, tais como aquelesrevelados na Patente US 6.378.616, Patente US 6.666.277 ePatente US 6.708.771, todas as quais são incorporadas aquicomo referência.
O sistema de supressão de incêndio 10 descrito aquipode ser de qualquer tipo, mas o sistema seco é preferidouma vez que ele tem uso difundido e eficaz. Os sistemassecos utilizam o acionador 20, o qual responde a um ou maissinais a partir de diferentes detectores para abrir aválvula 18 e fornecer água à rede de encanamento 14.Similar aos sistemas assim chamados "dilúvio" ou "pré-ação", antes do acionamento, a rede de encanamento 14 énormalmente preenchida com ar pressurizado ou nitrogênio apartir de uma fonte de gás pressurizado 22, tal como umcompressor ou tanques de gás. 0 sistema seco desse modopode ser usado em ambientes não aquecidos que estãosujeitos à temperatura abaixo do ponto de congelação semtemer que os canos estourem devido à água dentro dos canosse expandindo na congelação.
Quando suficientemente pressurizado, o comportamentodo gás dentro da rede de encanamento pode ser usado paraindicar uma condição de incêndio e disparar o acionamentodo sistema seco. O calor a partir do incêndio fará com queas cabeças de aspersão se abram, permitindo que gáspressurizado escape da rede de encanamento e resulte em umaqueda de pressão dentro do sistema. 0 acionador 20 éconectado à rede de encanamento por um conduto 24, o qualpermite que o acionador detecte a queda de pressão e ativeo sistema mediante abertura da válvula 18 em resposta. Oacionador também pode requerer um sinal adicional,independente indicativo de um incêndio, tal como um sinal apartir de um sensor de temperatura 26, antes de ele abrir aválvula 10. Tais sistemas são conhecidos como sistemas depré-ação de travamento duplo, e são vantajosos porque elesimpedem a descarga não intencional de água devido à falha,ruptura ou abertura acidental de uma cabeça de aspersão.
A Figura 2 mostra uma válvula de controle 28 deacordo com a técnica anterior, usada com sistemas deaspersão de supressão de incêndio. A válvula 28 tem umaentrada 3 0 conectada à fonte de água pressurizada 16 e umasaída 32 conectada à rede de encanamento 14. Uma chapeleta34 é montada de forma pivotante dentro da válvula. 0movimento pivotante da chapeleta abre e fecha a entradacontrolando o fluxo de fluido para o sistema. Quando aentrada é pressurizada, a chapeleta abrirá em resposta àpressão e, portanto, deve ser mantida fechada por umalingüeta 36 montada de forma pivotante dentro da válvula. Alingüeta 3 6 é mantida em engate com a chapeleta 34 porintermédio de um pistão 38 móvel de forma alternada dentrode um cilindro 40. O pistão 38 é preferivelmente propendidopor uma mola 42 a se deslocar se afastando da lingüeta 36 eliberando a mesma, mas o pistão é mantido engatado com alingüeta por intermédio da pressão de água provida por umconduto 44 conectando a entrada ao cilindro. Um conduto 4 6conecta o cilindro 40 ao acionador 20. Quando o acionadorrecebe sinais indicativos de um incêndio, ele libera apressão dentro do cilindro 40, permitindo que o pistão 38se desloque sob a força de propensão da mola 42 e libere alingüeta 36. Isso permite que a chapeleta 34 se abra eforneça água à rede de encanamento 14. Observar que a mola42 pode ser omitida se as geometrias da chapeleta 34 e dalingüeta 36 em relação uma à outra e aos seus eixos derotação forem tais que a pressão da água na entrada 30,atuando sobre a chapeleta, pivotará a lingüeta e acionará opistão 3 8 para o cilindro 40 na ausência de pressão de açãocontrária suficiente dentro do cilindro.
As válvulas de controle 28 de acordo com a técnicaanterior sofrem uma desvantagem em que elas são defabricação e manutenção complicada e dispendiosa. Existeclaramente a necessidade de um modelo de válvula maissimples com um número menor de peças móveis que possam serusadas em sistemas de supressão de incêndio.
Sumário da Invenção
A invenção se refere a uma válvula para controlar ofluxo de fluido. A válvula compreende uma câmara tendo umaentrada e uma saida e um elemento de fechamento montado demodo móvel dentro da câmara. 0 elemento de fechamento émóvel entre uma posição fechada bloqueando a entrada, e umaposição aberta afastada da entrada. A câmara tem umdiafragma flexível que é deformável em resposta à pressãode fluido aplicada a ele. Uma lingüeta é montada de modomóvel dentro da câmara. A lingüeta tem uma primeira parteengatável com o diafragma e uma segunda parte engatável como elemento de fechamento. A lingüeta é engatável com oelemento de fechamento pelo diafragma se deformando emresposta à pressão de fluido. A lingüeta mantém o elementode fechamento na posição fechada enquanto houver pressãoaplicada ao diafragma deformando o mesmo. A lingüeta sedesloca saindo de engate com o elemento de fechamento nadeformação do diafragma em resposta a uma liberação dapressão contra ele, desse modo permitindo que o elemento defechamento se desloque para a posição aberta.Preferivelmente a válvula compreende uma segundacâmara. 0 diafragma forma uma interface hermética ao fluidoentre a primeira e a segunda câmara. Pressão é aplicada aodiafragma mediante pressurização da segunda câmara.
A válvula também pode incluir um acionador emcomunicação de fluido com a segunda câmara. 0 acionadorpressuriza e despressuriza a segunda câmara em resposta aum sinal predeterminado, por exemplo, um sinal indicativode uma condição de incêndio.
A invenção inclui também um sistema de aspersão desupressão de incêndio. O sistema compreende uma pluralidadede cabeças de aspersão em comunicação de fluido com umarede de encanamento. A fonte de água pressurizada tambémestá em comunicação de fluido com a rede de encanamentoatravés de uma válvula de controle conforme descrito acima.O sistema inclui ainda um acionador que controla apressurização do diafragma para abertura da válvula emresposta a um ou mais sinais indicativos de uma condição deincêndio.
Descrição Resumida dos Desenhos
A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema deaspersão para supressão de incêndio;
A Figura 2 é uma vista em seção longitudinal de umaválvula de lingüeta de pistão de acordo com o estado datécnica;
A Figura 3 é uma vista em seção longitudinal daválvula de lingüeta de diafragma de acordo com a invenção,a válvula sendo mostrada em uma posição fechada; e
A Figura 4 é uma vista em seção longitudinal daválvula de lingüeta de diafragma mostrada na Figura 3, masem uma posição aberta.
Descrição Detalhada das Modalidades
A Figura 3 mostra uma válvula de controle 18 deacordo com a invenção usada com o sistema de aspersão desupressão de incêndio 10 mostrado na Figura 1. A válvula 18compreende uma câmara 52 tendo uma entrada 54 conectável àfonte de água pressurizada 16, e uma saída 56 conectável àrede de encanamento 14. Uma sede 58 circunda a entrada 54.Elemento de fechamento de válvula 60 é posicionado de formamóvel dentro da câmara 52. Preferivelmente, elemento defechamento de válvula compreende uma chapeleta 62 que émontada de forma pivotante para rotação em torno de um eixo64. A chapeleta 62 pode ser pivotada entre uma posiçãofechada, mostrada na Figura 3, onde ela engata a sede 58 ebloqueia a entrada 54, e uma posição aberta, pivotada nosentido contrário à sede e à entrada, conforme mostrado na Figura 4.
A chapeleta 62 é preferivelmente propendida para aposição fechada por uma mola 66, a mola sendosuficientemente rígida de modo a pivotar a chapeleta paraengate com a sede 58 na ausência de pressão de água dentroda entrada, a mola de outro modo permitindo que a chapeletase abra em resposta à pressão da água dentro da entrada. Amola propendendo a chapeleta 62 é vantajosa para reajustara válvula conforme descrito em detalhe abaixo.
A lingüeta 68 também é posicionada de forma móveldentro da câmara 52. A lingüeta 68 pode ser preferivelmentepivotada em torno de um eixo 7 0 e tem um ressalto 72 quepode ser engatado com a chapeleta 62. A lingüeta 68 é móvelentre uma posição engatada, mostrada na Figura 3, onde oressalto 72 engata a chapeleta 62, e uma posiçãodesengatada, mostrada na Figura 4, onde a lingüeta épivotada no sentido contrário e saindo de engate comachapeleta. Preferivelmente, a lingüeta 68 é propendida paraa posição desengatada por uma mola de propensão 74 conformeexplicado abaixo.
A lingüeta 68 tem uma face 76 que engata umdiafragma flexível 78. 0 diafragma 78 é formadopreferivelmente de borracha reforçada com tecido e éprojetado para resistir a uma pressão mínima de 4,14 MPasustentada por 2 horas. 0 diafragma preferivelmente formauma interface hermética ao fluido entre a câmara 52 e umasegunda câmara menor 80. A segunda câmara 80 permite que odiafragma seja convenientemente pressurizado edespressurizado. Essa pressurização e despressurizaçãodeformam o diafragma que pivota a lingüeta entre asposições engatada e desengatada para manter a chapeleta naposição fechada ou liberar a mesma de modo que ela possapivotar para a posição aberta.
Preferivelmente, a câmara 80 é pressurizada pelaágua a partir da fonte de água pressurizada 16 através deum conduto 82 conectando a fonte à câmara. A câmara tambémestá em comunicação de fluido com o acionador 20 através deum conduto 84 (vide também a Figura 1). Controle da válvula18 é efetuado através de um acionador 20 conforme descritoabaixo no contexto da operação do sistema.
A válvula 18, como parte do sistema de aspersão desupressão de incêndio 10 mostrado na Figura 1, é conectadaà fonte de água pressurizada 16 por intermédio de umconduto 86. Uma válvula 88 é posicionada no conduto 86entre a fonte e a válvula de controle 18 para permitir quea válvula de controle seja ajustada na condição preparadaconforme descrito abaixo. O conduto 82 é conectado aoconduto 86 entre a válvula 88 e a fonte 16. A válvula 90 éposicionada dentro do conduto 82 entre a fonte 16 e asegunda câmara 80. A válvula 90 é usada para pressurizar acâmara 80 ao ajustar a válvula 18 para a condiçãopreparada. O conduto 82 tem também um elemento limitador 92que limita o fluxo de água a partir da fonte 16 até acâmara para garantir operação adequada da válvula 18conforme descrito abaixo.
A válvula 18 é ajustada para a condição preparada,ilustrada na Figura 3, mediante primeiramente fechamentodas válvulas 88 e 90 (vide também a Figura 1) e entãodrenando qualquer água a partir da válvula e rede deencanamento 14 através de orifícios de drenagem na válvula(não mostrados). O fechamento da válvula 88 remove apressão de água a partir da entrada de válvula 54 e permiteque a chapeleta 62 se desloque para a posição fechadamostrada sob a força da mola de propensão 66. 0 uso da molade propensão 66 permite que a válvula feche automaticamentena ausência de pressão de entrada. Isso é convenientequando o sistema é reajustado após ele ter sido ativado,uma vez que não é necessário fechar manualmente achapeleta. Observar que a lingüeta 68 é propendida pelamola 74 para a posição desengatada para permitir que achapeleta feche sem obstáculo. Quando a chapeleta é fechadaa válvula 90 é aberta. Isso permite que a água flua apartir da fonte pressurizada 16 através do conduto 82 paradentro da câmara 80, pressurizando a câmara e deformando odiafragma 78. A deformação do diafragma pela pressãoaplicada pivota a lingüeta 68 para a posição engatada(mostrada). Na pivotagem da lingüeta o ressalto 72 engata achapeleta. A válvula 88 é então aberta, desse modopressurizando a entrada 54. O ressalto de engate 72,engatado com a chapeleta, mantém a mesma fechada contra apressão de entrada. A válvula 18 desse modo está nacondição preparada. A pressão de entrada também écomunicada ao acionador 20 pelo conduto 84. A rede deencanamento 14, drenada de qualquer água, é pressurizadacom um gás a partir da fonte 22, e a pressão do gás da redeé comunicada ao acionador pelo conduto 24. Sensoresadicionais 26, se presentes, também são ativados, e osistema 10 está no modo preparado.
Se uma condição de incêndio ocorrer nas proximidadesde uma ou mais das cabeças de aspersão 12 as cabeças seabrem, permitindo que pressão na rede 14 diminua. Sepresentes, os sensores 26 também detectam a presença doincêndio, por exemplo, por intermédio de uma elevação natemperatura ou a presença de gases de combustão. A queda depressão na rede de encanamento 14 é comunicada ao acionador20 através do conduto 24, e outros sinais a partir dossensores 26 são transmitidos ao acionador assim comoatravés das linhas de comunicação 94. 0 acionador 20 recebea informação transportada pela queda de pressão a jusante eo sensor sinaliza e determina se existe uma condição deincêndio real. Se os parâmetros indicarem a presença de umincêndio, o acionador 20 despressuriza a câmara 80 aopermitir que a água flua a partir dela através do conduto84 mais rapidamente do que a água pode ser fornecida apartir da fonte de água pressurizada 16 através do conduto82. O orifício limitador 92 no conduto 82 provê uma taxa defluxo reduzida através do conduto, garantindo que a águaflua para fora da câmara 80 quando despressurizada peloacionador.
Como mostrado na Figura 4, a despressurização dacâmara 80 permite que o diafragma 78 seja deformado. Achapeleta 62, sendo exposta à pressão a partir da fonte 16,exerce uma força sobre o ressalto 72 da lingüeta 68. Como oressalto é deslocado a partir do eixo pivô de lingüeta 70,um torque é gerado o qual gira a lingüeta para a posiçãodesengatada. O diafragma 78, não mais pressurizado, édeformado para a câmara 80 e permite que a lingüeta pivote.Na pivotagem da lingüeta 68, o ressalto 72 se desengata dachapeleta 62 a qual, agora substancialmente não limitada,pivota a partir da posição fechada para a posição abertapermitindo que a água flua a partir da fonte 16 para a redede encanamento 14 onde ela é descarregada através dascabeças de aspersão abertas 12.
As válvulas de controle de acordo com a invenção queutilizam um diafragma deformável para acionamento deválvula proporcionam um modelo de válvula simples com umnúmero menor de partes móveis que exige menos manutenção ede fabricação mais econômica.

Claims (20)

1. Válvula para controlar o fluxo de fluido, aválvula caracterizada por compreender:uma câmara tendo uma entrada e uma saída;um elemento de fechamento montado de forma móveldentro da câmara, o elemento de fechamento sendo móvelentre uma posição fechada bloqueando a entrada, e umaposição aberta afastada da entrada;um diafragma flexível deformável em resposta àpressão de fluido aplicada contra o diafragma; euma lingüeta montada de forma móvel dentro dacâmara, a lingüeta tendo uma primeira parte engatável com odiafragma e uma segunda parte engatável com o elemento defechamento, a lingüeta sendo engatável com o elemento defechamento pelo diafragma se deformando em resposta àpressão de fluido e desse modo mantendo o elemento defechamento na posição fechada, a lingüeta se deslocandosaindo de engate com o elemento de fechamento na deformaçãodo diafragma em resposta a uma liberação da pressão defluido desse modo permitindo que o elemento de fechamentose desloque para a posição aberta.
2. Válvula, de acordo com a reivindicação 1,caracterizada por compreender ainda uma segunda câmara, odiafragma formando uma interface hermética ao fluido entrea primeira e a segunda câmara.
3. Válvula, de acordo com a reivindicação 2,caracterizada por compreender ainda um acionador emcomunicação de fluido com a segunda câmara, o acionadorpressurizando e despressurizando a segunda câmara emresposta a um sinal predeterminado.
4. Válvula para controlar o fluxo de fluido, aválvula caracterizada por compreender:uma primeira câmara tendo uma entrada e uma saída;um elemento de fechamento posicionado dentro daprimeira câmara, o elemento de fechamento sendo móvel entreuma posição fechada bloqueando a entrada, e uma posiçãoaberta afastada da entrada;uma segunda câmara tendo um diafragma flexível, odiafragma compreendendo uma interface hermética ao fluidoentre a primeira e a segunda câmara, o diafragma sendodeformável mediante pressurização e despressurização dasegunda câmara; euma lingüeta posicionada de forma móvel dentro daprimeira câmara, a lingüeta tendo uma primeira parteengatável com o diafragma e uma segunda parte engatável como elemento de fechamento, o diafragma se deformando edeslocando a lingüeta para engate com o elemento defechamento e desse modo mantendo o elemento de fechamentona posição fechada quando a segunda câmara é pressurizada,o diafragma deformando e permitindo que a lingüeta saia deengate com o elemento de fechamento quando a segunda câmaraé despressurizada e desse modo permitindo que o elemento defechamento se desloque para a posição aberta.
5. Válvula, de acordo com a reivindicação 4,caracterizada pelo fato de que o elemento de fechamento émóvel de forma pivotante entre a posição aberta e a posiçãofechada.
6. Válvula, de acordo com a reivindicação 5,caracterizada por compreender um elemento de propensãopropendendo o elemento de fechamento para a posiçãofechada.
7. Válvula, de acordo com a reivindicação 4,caracterizada pelo fato de que a lingüeta é móvel de formapivotante entre uma primeira posição engatando o elementode fechamento e uma segunda posição desengatada do elementode fechamento.
8. Válvula, de acordo com a reivindicação 7,caracterizada por compreender um elemento de propensãopropendendo a lingüeta para a posição desengatada a partirdo elemento de fechamento,
9. Válvula para controlar o fluxo de fluido, aválvula caracterizada por compreender:uma primeira câmara tendo uma entrada e uma saída;um elemento de fechamento montado de forma pivotantedentro da primeira câmara, o elemento de fechamento sendomóvel entre uma posição fechada bloqueando a entrada, e umaposição aberta pivotada no sentido contrário à entrada;uma segunda câmara tendo um diafragma flexível, odiafragma sendo posicionado entre a primeira e a segundacâmara, o diafragma sendo deformável mediante pressurizaçãoe despressurização da segunda câmara; euma lingüeta montada de forma móvel dentro daprimeira câmara, a lingüeta tendo uma primeira parteengatável com o diafragma e uma segunda parte engatável como elemento de fechamento, a lingüeta engatando e mantendo oelemento de fechamento na posição fechada quando a segundacâmara é pressurizada, a lingüeta saindo de engate com oelemento de fechamento quando a segunda câmara édespressurizada e desse modo permitindo que o elemento defechamento se desloque para a posição aberta.
10. Válvula, de acordo com a reivindicação 9,caracterizada por compreender ainda um conduto seestendendo entre a entrada e a segunda câmara, o condutopressurizando a segunda câmara até uma pressãosubstancialmente idêntica à pressão na entrada.
11. Válvula, de acordo com a reivindicação 9,caracterizada por compreender ainda um acionador emcomunicação de fluido com a segunda câmara, o acionadorpressurizando e despressurizando a segunda câmara emresposta a um sinal predeterminado indicativo de umaprimeira condição.
12. Válvula, de acordo com a reivindicação 11,caracterizada pelo fato de que o sinal compreende umamudança de pressão dentro do acionador.
13. Válvula, de acordo com a reivindicação 9,caracterizada por compreender ainda um elemento depropensão propendendo o elemento de fechamento para aposição fechada.
14. Válvula, de acordo com a reivindicação 13,caracterizada pelo fato de que o elemento de propensãocompreende uma mola engatando o elemento de fechamento.
15. Válvula, de acordo com a reivindicação 9,caracterizada por compreender ainda um elemento depropensão propendendo a lingüeta a sair do engate com oelemento de fechamento.
16. Válvula, de acordo com a reivindicação 15,caracterizada pelo fato de que o elemento de propensãocompreende uma mola engatando a lingüeta.
17. Sistema de aspersão de supressão de incêndiocaracterizado por compreender:uma pluralidade de cabeças de aspersão;uma rede de encanamento em comunicação de fluido comas cabeças de aspersão;uma fonte de água pressurizada em comunicação defluido com a rede de encanamento;uma válvula em comunicação de fluido com a rede deencanamento e a fonte de água pressurizada, a válvulacontrolando o fluxo de fluido para as cabeças de aspersão ecompreendendo:uma primeira câmara tendo uma entrada e umasaída;um elemento de fechamento posicionado dentro daprimeira câmara, o elemento de fechamento sendo móvel entreuma posição fechada bloqueando a entrada, e uma posiçãoaberta afastada da entrada;um diafragma flexível deformável em resposta àpressão de fluido aplicada contra o diafragma;uma lingüeta montada de forma móvel dentro dacâmara, a lingüeta tendo uma primeira parte engatável com odiafragma e uma segunda parte engatável com o elemento defechamento, a lingüeta sendo engatada com o elemento defechamento por intermédio do diafragma se deformando emresposta à pressão de fluido e desse modo mantendo elementode fechamento na posição fechada, a lingüeta saindo deengate com o elemento de fechamento mediante deformação dodiafragma em resposta a uma liberação da pressão de fluidodesse modo permitindo que o elemento de fechamento sedesloque para a posição aberta; eum acionador controlando a pressurização dodiafragma para abrir a válvula em resposta a um parâmetroindicativo de uma condição de incêndio.
18. Sistema de aspersão, de acordo com areivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a válvulacompreende ainda uma segunda câmara, o diafragma formandouma interface hermética ao fluido entre a primeira e asegunda câmara.
19. Sistema de aspersão, de acordo com areivindicação 18, caracterizado por compreender ainda umconduto proporcionando comunicação de fluido entre a fontede água pressurizada e a segunda câmara, o condutopressurizando a segunda câmara com água a partir da fontede água pressurizada.
20. Sistema de aspersão, de acordo com areivindicação 18, caracterizado por compreender ainda umconduto se estendendo entre a rede de encanamento e oacionador, a rede de encanamento sendo pressurizada com umgás, o acionador despressurizando a segunda câmara emresposta a uma diminuição na pressão de gás dentro da redede encanamento.
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