Rodrigo Ibarra Hernandez[Xcaret], Carlos Emiliano Rodriguez Maldonado[Xcaret], Gael Emiliano López Romero[Xcaret]
Realizamos un dispositivo especializado para salvaguardar a las personas ante un incendio, este es un fuego de grandes proporciones que arde de forma fortuita o provocada y destruye cosas que no están destinadas a quemarse y si es causado por gas en espacios cerrados, la catástrofe puede ser aún peor. También se puede referir a la ocurrencia de fuego no controlado que puede afectar o abrasar algo. Debido a esta problemática, elaboramos un circuito con Arduino UNO, una bocina, un sensor MQ-2 y una pantalla OLED, que al pasar cierto nivel de gases emitidos en un lugar cerrado, este comienza a generar un sonido de alerta para advertir a las personas de un posible incendio por fuga de gas y prevenirla correctamente. Es esencial conocer esta información ya que nos mantiene alerta en una situación de incendio y podemos saber cómo actuar prudentemente en caso de estar en un incendio para poder evitar consecuencias graves que puedan provocar diversas dificultades en, durante y después del incendio. Además no solo afectan a la salud en general, perjudican a muchos otros aspectos, un ejemplo claro de estos es el inmueble en el que ocurre el accidente, este también termina afectando al igual que el medio ambiente debido a la acumulación de gases tóxicos. Nuestro dispositivo tiene diversas ventajas y desventajas respecto al mercado actual, una de estas virtudes es la cómoda accesibilidad en costo, la fácil instalación de nuestro dispositivo y por último la larga vida duradera y útil de nuestro dispositivo.
En el momento en el que ocurre un incendio, las personas suelen quedar expuestas a las llamas, humo, calor y gases tóxicos que se producen por la combustión, como consecuencia, estos gases pueden provocar tos, dificultad para respirar, edema pulmonar, e inclusive la muerte.
En un incendio en espacios cerrados causa la acumulación de humo y gases en la parte superior del inmueble, mientras que el aire limpio se encuentra cerca del piso debido a su densidad de este, pero a medida que el incendio progresa, el humo y los gases descienden hasta el suelo.
Los incendios no sólo provocan daños materiales, sino también afecta a la salud de los individuos que habitan en el inmueble del accidente, quienes pueden sufrir quemaduras y otras consecuencias derivadas de su exposición a gases tóxicos, siendo el monóxido de carbono uno de los más peligrosos.
Los gases por incendios transmiten el oxígeno del ambiente, lo cual puede ocasionar un cuadro clínico que va desde irritabilidad, la disminución del estado de alerta, hasta llegar al coma y depresión cardiorrespiratoria, según el estudio de la Secretaría de Salud.
Características de los combustibles, inflamabilidad y combustibilidad
Siguiendo la metodología de los investigadores del INIA, las características de los combustibles son: Cantidad, Estructura, Humedad, Composición química y Poder calorífico. La carga de combustible es el peso seco por unidad de superficie kg/m2 o Tm/ha. Está ligada a la intensidad lineal de fuego. La relación superficie/volumen influye sobre la inflamación del combustible debido a los intercambios de energía y materia con el desprendimiento de gases que producen la llama. El poder calorífico es la cantidad de calor desprendido en la combustión por la unidad de masa hasta su consumación total, se obtiene cuando el agua contenida en el combustible y la procedente de la combustión se condensan, Se puede obtener al aire libre, ya que el agua se evapora y la cantidad de calor liberado es menor.
Inflamabilidad
Puede definirse como la facilidad del combustible forestal para arder bajo la acción calorífica de un foco térmico, esta característica depende de otras básicas expuestas. El calor del foco térmico debe ser suficiente para elevar la temperatura del vegetal. El método seguido en el laboratorio del INIA para la determinación de la inflamabilidad, tiene en cuenta el tiempo que tarda la muestra en inflamarse y la frecuencia de ensayos positivos, según los porcentajes y gradúa la escala de inflamabilidad de 0 a 5, siendo el 0 el valor menos inflamable y el 5 extraordinariamente flamable.
Quemas controladas
El análisis de los efectos del fuego se engloba como impacto ambiental, conjuntamente con los que produce en la vegetación y fauna, por ello, hay un balance muy esquemático.
Beneficios: Consumen más combustible muerto, reduce el riesgo de más incendios, mejora hábitats y la accesibilidad del territorio.
Desventajas: Reduce la calidad del aire, daña plantas y animales, siempre tienen consecuencias en el suelo y afecta temporalmente el agua.
Análisis y consecuencias de incendios
Solo en incendios forestales, se han registrado 21,845 y estos han recorrido 132,070 hectáreas. Estas cifras son preocupantes, a pesar de sus causantes principales, que son la quema agrícola, la quema de basuras, hogueras, fumadores, maniobras militares, máquinas, descuidos en casas, etc. Estos causan diversos efectos negativos en el suelo y en el aire, como la principal entrada de hongos que poseen enfermedades que dañan tanto a los humanos como a la flora y fauna del ecosistema.
Sobre la fauna, también pueden afectar su hábitat, su cadena alimenticia, su genética heredada, destruye nidos y crías, o en el agua, los incendios le afectan en su limpieza del suelo, produce escasez de está, provocando que ningún ser vivo pueda desarrollarse plenamente en estas condiciones. En el aire, disminuye su calidad en grandes espacios y puede extender el fuego, transmiten humo (formado por pequeñas partículas de ceniza y restos vegetales no consumidos) que afecta la visibilidad de las personas, Deben tomar especiales precauciones con el manejo de este, especialmente en lugares cerrados.
Un gas que puede afectar es el Co (monóxido de carbono) se manifiesta por un estado de euforia, semejante a la intoxicación etílica y que, por lo tanto, repercute en los reflejos y entorpece el razonamiento.
Lugar de trabajo, presión, y presencia del gas y algunas medidas de seguridad
Los lugares de trabajo se ubican principalmente en edificios de viviendas y centros comerciales e industriales, dependiendo de su configuración, se montan como patios interiores, y por lo tanto, provoca riesgos de trabajo en las alturas, accidentes, por seres vivos, incendios forestales, golpes por herramientas, mucho ruido, uso de productos químicos, derrumbes, etc, pero no solo son esos riesgos, si no que también existen grandes riesgos de una fuga de gas, es por eso, que en la realización de pruebas de presión de las instalaciones, se tienen que revisar las botellas de gases comprimidos, rotura de tuberías, desmontaje de accesorios de prueba, asfixia por fuga, etc, para evitar posibles mayores tragedias. En caso de que los trabajos que hay que realizar, se use el gas, existe un riesgo de incendios, explosiones y asfixia por el desplazamiento de oxígeno. Cuando los riesgos no pueden ser totalmente evitados, se dota a los trabajadores de guantes contra riesgos mecánicos, calzado de protección, protección respiratoria, dispositivos anticaídas, protección para la cabeza, etc. Se aplican varias normas para estos trabajos tan peligrosos como la prevención de riesgos laborales, condiciones en lugares de trabajo, uso de equipos de protección contra el ruido, entre otras. El constructor principal debe ser responsable de realizar el correspondiente plan de seguridad con un coordinador de seguridad en la obra.
Medidas suplementarias de seguridad y detección del gas
Son medidas complementarias a las básicas, y perfeccionan el sistema. Por ejemplo, se añade un sistema de detección de gas y corte en todas las calderas para todo tipo de gas independientemente de su ubicación, los sistemas de detección de gas deben cumplir con requisitos mínimos: Deben activarse antes de que alcance el 50% del límite inferior de explosividad para el gas utilizado. En caso de gases más densos que el aire, los detectores deben instalarse a una altura máxima de menos de 0.5m del techo. En caso de gases menos densos, los detectores se deben situar por encima de la conducción del gas.
El sistema de corte consiste en una válvula de corte automática del tipo “todo o nada” instalada en la línea de alimentación del gas a la sala de calderas y ubicada en el exterior del recinto, La válvula es del tipo electromagnética, y si debería ponerse por el interior, no se pondría en el armario de regulación.
Instalaciones, precauciones y detección del gas
El ajuste del piloto se refiere a si la flama está encendida pero es muy pequeña, habrá que regular su tamaño, de 0.5 a 1 cm de alto. Para aumentar el tamaño de esta, solo se debe girar el tornillo del regulador en sentido contrario, pero sin exagerar, ya que podría liberar más gases de los necesarios. Las flama del quemador debe tener forma de cono de 2 cm de alto y de color azul, si tiene forma irregular se tiene que desmontar el quemador, limpiar los orificios y lavarlo con amoniaco
Si cerca de la estufa de uso cotidiano huele a gas, se debe revisar primero si están encendidos los pilotos, si lo están, cerrarlos de inmediato la llave de paso de la entrada del gas. No se debe prender ningún aparato eléctrico ni ningún apagador, abrir las puertas y ventanas de la casa y esperar a que se disperse el gas. Un método casero para detectar las fugas de gas es colocando espuma de jabón en cada una de las conexiones y válvulas que llevan gas a la estufa o en las que tiene en su interior, para ello, se prepara la jabonadura, se abre la llave de paso del gas por un momento y se aplica el jabón, en 2 o 3 minutos, si no se encuentra la fuga, se debe cerrar de nuevo la llave de paso y dejar que se ventile y continuar más tarde.
Poder calorífico
El poder calorífico, es la cantidad de energía por unidad de masa o volumen de materia que se desprende al producir una reacción química. Existen 2 tipos:
Poder calorífico superior (PCS): Es la cantidad de calor que desprende la combustión completa, cuando los productos de la reacción son enfriados hasta la condensación del agua que tienen.
Poder calorífico inferior (PCI): Es la cantidad de calor que desprende la combustión cuando los productos de la combustión son enfriados sin que llegue a producir la condensación.
Precauciones al usar gas
El gas licuado y el gas natural son combustibles cuya flama, especialmente limpia si se maneja en forma inadecuada, es un riesgo debido a su alto poder calorífico y su producción de humo u hollín. Son gases más pesados que el aire, de modo que si se produce una fuga de gas en un lugar muy poco ventilado, se concentra en la parte más baja de la habitación.
Para hacer una instalación de servicio de gas, se usan varios materiales y equipos, como tubos y conexiones para las tuberías que lo conducen, también usan tanques o recipientes especializados para el gas, reguladores de flujo y válvulas que permiten o impiden el paso de este.
Fuego y sus consecuencias
El fuego es beneficioso en los hogares y en la industria, sin duda, se ha transformado en una herramienta usada mucho por los humanos, nos ha ayudado a progresar y a evolucionarlos, pero sin embargo, también puede formar parte de cualquier catástrofe o destrucción. El estado de la materia combustible que interviene en un incendio permite establecer una clasificación de 3 tipos de características notablemente distintas: Incendios de gas, Incendios de un líquido o de un sólido.
Calor de combustión
El calor de combustión designado formalmente por la fórmula Q=-C∆T es la cantidad de energía que se libera durante la reacción de combustión pero varían según el volumen que se considere. Las propiedades que tienen son las más importantes, ya que afectan la intensidad y velocidad de propagación de los incendios, como la carga del combustible, el tamaño y forma de este, la comparación y densidad aparente y su disposición.
Reacciones que generan calor en los combustibles forestales y agrícolas
Las causas más frecuentes del autocalentamiento en los combustibles forestales son las reacciones biológicas producidas en este. Las fuentes que determinan si un sólido experimentará o no esta ignición espontánea son básicamente debido a su tamaño, su carga con el combustible, la temperatura crítica y el periodo de la inducción.
Entorno Arduino IDE
Arduino es un sistema de desarrollo para microcontroladores de la firma ATMEL. Fue desarrollado en Italia y está compuesto por un software editor-compilador (basado en Processing) en donde se escribe un programa en lenguaje C (basado en Wiring), así como un hardware que consiste en un microcontrolador ATMEL, el cual tiene precargado un sistema operativo (Bootstrap) que permite su programación directa in-circuit a través de señales seriales de comunicación.
Funciones básicas iniciales
Función Setup. Contiene todas las configuraciones iniciales del programa. Aquí se incluyen las condiciones iniciales para la operación de algunas instrucciones o librerías que se agregarán en el programa.
Función Loop. En ella se colocan todas las instrucciones que van a realizarse en forma repetitiva (/oop significa lazo o bucle).
Además de estas funciones, se pueden agregar otras creadas por el usuario, aunque las anteriores no pueden omitirse en el programa.
Placas de prototipado
Existen varios tipos de placas de prototipado. En este apartado estudiaremos solamente las llamadas “breadboards” (también conocidas como “protoboards”), las “perfboards” y las “stripboards”.
Una breadboard es una placa perforada con conexiones internas en la que podemos insertar las patas de nuestros componentes electrónicos tantas veces como queramos, realizando así las conexiones de nuestros circuitos sin tener la necesidad de soldar nada. El objetivo es poder montar prototipos rápidos pero completamente funcionales de nuestros diseños y poderlos modificar fácilmente cuando lo necesitemos. La siguiente imagen muestra la apariencia externa de una breadboard típica, que no deja de ser un conjunto de filas con agujeros.
Pantalla OLED
Podemos utilizar módulos OLED (que no son shields propiamente dichos) con Arduino. En concreto, Adafruit distribuye dos módulos monocromos, ambos de 128×32 píxeles. Los dos módulos incluyen el mismo chip (el SSD1306 de Solomon Systech), el cual puede comunicarse con la placa Arduino de dos maneras. Si lo hace vía SPI, estaremos hablando del módulo producto nº 661, y si lo hace vía I2C estaremos hablando del módulo producto nº 931.
Ambos módulos incorporan internamente un elevador de tensión para convertir los 5 V de los pines de Arduino en hasta 12 V y poder alimentar así los píxeles de la pantalla, pero, no obstante, su circuitería electrónica solo puede ser alimentada con 3,3 V para funcionar correctamente. Afortunadamente, ambos módulos (SPI y I2 C) incorporan internamente un regulador de tensión general que rebaja los 5 V a 3,3 V, por lo que podremos conectarlos a nuestra placa Arduino sin problemas.
Altavoces
En vez de zumbadores, podemos utilizar altavoces sencillos de poca potencia (0,5 W, por ejemplo), como los productos 9151 o 10722 de Sparkfun. Al igual que los zumbadores, los altavoces generan ondas acústicas a partir de las señales eléctricas que reciben, pero el mecanismo físico para lograrlo es mucho más sofisticado, por lo que podremos lograr una calidad y un volumen de sonido bastante mayor.
Sensores de humo y de temperatura
Los termistores son mucho más baratos que otros tipos de sensores de temperatura; además, son resistentes al agua (son solo resistores al fin y al cabo) y trabajan a cualquier voltaje. Son difíciles de estropear debido a su sencillez y son increíblemente precisos en las medidas.
Diseñar, adaptar y programar un dispositivo para detectar fugas de gas natural e incendios en lugares cerrados.
Es importante conocer los riesgos que conlleva manipular el gas natural, ya que pueden generar accidentes si no se usan correctamente, creamos este dispositivo para evitar las consecuencias, alertando al sujeto y que este tome precauciones.
El total de accidentes por incendios es de 21,845 y estos han recorrido 132,070 hectáreas. Por este preciso motivo, este aparato es capaz de detectar fugas de gas e incendios en lugares cerrados.
Especialmente el gas es más pesado que es el aire, por lo que se desplaza rápido por el suelo, pasando por debajo de los objetos cotidianos.
Esto causa el 90% de incendios en hogares en México, además de un 20% por fallas en las instalaciones eléctricas provocadas por el descuido del mantenimiento de estas.
Ya que el gas no controlado se escape con el aire, este puede llegar a afectar tierra y agua, además de extender el fuego más allá del lugar principal, transmite humo que afecta visibilidad de las personas y a veces puede ser letal.
También nos afecta el CO (monóxido de carbono) que se manifiesta en el oxígeno y produce un estado de euforia, semejante a una intoxicación etílica y que, por lo tanto, repercute en los reflejos y entorpece el razonamiento humano a la hora de evacuar.
Si diseñamos, adaptamos y programamos un dispositivo capaz de detectar fugas de gas natural e incendios en espacios cerrados entonces podremos alertar a las personas a reaccionar de manera oportuna.
Materiales:
1 Arduino UNO
1 Sensor de gas MQ-2
1 Protoboard
17 Jumpers
1 Bosina IDE
Arduino IDE (Plataforma digital)
Impresora 3D (Impresión de carcasa en forma exagonal con un tamaño aproximado de 9cm)
1 Pantalla LED 3v
1 Pila de nueve volts
2 Barras de silicón
Tinkercard (plataforma digital)
Procedimiento:
Obtuvimos un circuito con una placa Arduino UNO, una protoboard, una pantalla OLED, un sensor detector de gas, una bocina, una antena Bluetooth, y cables, con un tamaño aproximado de 16 cm de largo por 20 cm de ancho. Todo esto cubierto por una carcasa hexagonal fabricada en una impresora 3D. Con un costo aproximado de $1000.
Actualmente, en el mercado abundan duversos detectores de gas con un costo promedio entre cuatrocientos y veinte mil pesos mexicanos. Evidentemente la diferencia de precios es abismal y en esto radica la importancia de nuestro proyecto, ya que la accesibilidad en costo del circuito completo es moderado y alcanzable para todos.
Teniendo esto en cuenta, tenemos muchas ventajas sobre los demás detectores de gases que hay en el mercado, y ésta es una opción más viable debido a el sistema y circuitos implementados en el dispositivo.
De igual manera, la vida útil de nuestro dispositivo, influye en el plástico utilizado en la carcasa, esto evita el sobrecalentamiento en el circuito, por lo tanto alarga la vida útil de nuestro dispositivo.
Al momento de diseñar, adaptar y programar logramos llegar a nuestro objetivo que era alertar a las personas y poder tomar precauciones.
Sin embargo, surgieron varias problemáticas en el proceso como la detección de distancia no es la adecuada, la identificación de los gases tampoco es la correcta, ya que al momento de utilizar el gas en actividades cotidianas como cocinar, esto provoca que el dispositivo lo detecte y se active constantemente.
Consideramos que se pueden corregir estas alertas reprogramando e ideando un sistema de automatización en el que al momento de hacer uso del gas en actividades cotidianas se desactive y al dejar de usar el gas activarlo.
We make a specialized device to safeguard people against a fire, this is a large-scale fire that burns accidentally or provoked and destroys things that are not intended to burn and if it is caused by gas in closed spaces, the catastrophe can be even worse. It can also refer to the occurrence of uncontrolled fire that can affect or burn something. Due to this problem, we developed a circuit with Arduino UNO, a horn, an MQ-2 sensor and an OLED screen, which when a certain level of gases emitted in a closed place passes, it begins to generate an alert sound to warn the people from a possible fire due to a gas leak and prevent it correctly. It is essential to know this information as it keeps us alert in a fire situation and we can know how to act prudently in case of being in a fire in order to avoid serious consequences that can cause various difficulties in, during and after the fire. In addition, they not only affect health in general, they harm many other aspects, a clear example of which is the property in which the accident occurs, it also ends up affecting the environment due to the accumulation of toxic gases. Our device has various advantages and disadvantages compared to the current market, one of these virtues is the comfortable accessibility in cost, the easy installation of our device and finally the long lasting and useful life of our device.
