IMPLEMENTACIÓN IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA PROTOTIPO DE DETECTOR DE FUGAS FUG AS DE GAS NATURAL PORTÁTIL PARA APLICACIONES DE SEGURIDAD
DIEGO ANDRÉS PONTÓN RAMOS IGNACIO PÉREZ PADILLA JOSÉ CARLOS PÉREZ FLÓREZ
UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER SANTANDER FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERÍAS TECNOLOGIA EN OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO ELECTROMECANICO BUCARAMANGA 2016
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IMPLEMENTACIÓN IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA PROTOTIPO DE DETECTOR DE FUGAS FUG AS DE GAS NATURAL PORTÁTIL PARA APLICACIONES DE SEGURIDAD
DIEGO ANDRÉS PONTÓN RAMOS IGNACIO PÉREZ PADILLA JOSÉ CARLOS PÉREZ FLÓREZ
Traa!" Traa!" #$ %ra#" &ara "&'ar &"r $( ')'*(" #$ TECNÓLOGO EN OPERACIÓN OPER ACIÓN Y MANTENIMIENTO ELECTROMECÁNICO DIRECTOR INGENIERO JUAN RAFA R AFAEL EL CAMAC+O C AMAC+O MARTÍNEZ GRUPO DE IN,ESTIGACIÓN EN SISTEMAS ELÉCTRICOS- AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL . GISEAC
UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER SANTANDER FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERÍAS TECNOLOGIA EN OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO ELECTROMECANICO BUCARAMANGA 2016 2
IMPLEMENTACIÓN IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA PROTOTIPO DE DETECTOR DE FUGAS FUG AS DE GAS NATURAL PORTÁTIL PARA APLICACIONES DE SEGURIDAD
DIEGO ANDRÉS PONTÓN RAMOS IGNACIO PÉREZ PADILLA JOSÉ CARLOS PÉREZ FLÓREZ
Traa!" Traa!" #$ %ra#" &ara "&'ar &"r $( ')'*(" #$ TECNÓLOGO EN OPERACIÓN OPER ACIÓN Y MANTENIMIENTO ELECTROMECÁNICO DIRECTOR INGENIERO JUAN RAFA R AFAEL EL CAMAC+O C AMAC+O MARTÍNEZ GRUPO DE IN,ESTIGACIÓN EN SISTEMAS ELÉCTRICOS- AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL . GISEAC
UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER SANTANDER FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERÍAS TECNOLOGIA EN OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO ELECTROMECANICO BUCARAMANGA 2016 2
Nota de Aceptación
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
__________________________________ Firma del jurado
__________________________________ Firma del Jurado
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AGRADECIMIENTOS Un agradecimiento agradecimiento muy especial especial a nuestro Dios por su ayuda incondici incondicional onal con nosotros, nos brindó la ida, la salud y los medios necesarios para lograr el proyecto desarrollado y el consecuente t!tulo de tecnólogo electromec"nico# A nuestros docentes un agradecimiento por el arduo trabajo $ue reali%aron en nuestra &ormación, cada instrucción, cada conocimiento transmitido contribuyó en el logro alcan%ado# Al ingeniero Juan 'amac(o un agradecimiento agr adecimiento especial por la ayuda a yuda brindada en la elaboración del proyecto desarrollado, todos sus consejos &ueron acertados y su juicio e)acto#
*
TABLA DE CONTENIDO
RESUMEN EJECUTIVO.............................................................10 INTRODUCCIÓN.....................................................................11 1. DESCRIPCIÓN DESCRIPCIÓN DEL TRABAJ TRABAJO O DE INVESTIGA INVESTIGACIÓN................. CIÓN................. 12 1.1. PLANTEAM PLANTEAMIENTO IENTO DEL PROBLEMA. PROBLEMA....... ........... .......... ........... .............. ..................12 ..........12 1.2. JUSTIFICA JUSTIFICACIÓN. CIÓN...... ........... ........... .......... ........... ........... ........... ............ ........... ........... ..................13 ............13 1.3. OBJETIVOS OBJETIVOS...... ........... ........... ............ ........... ........... ............ ........... ........... ........... .......... ............. .............14 .....14 1.3.1. OBJETIV OBJETIVO O GENERAL........ GENERAL.................... ........................ ........................ ........................ ........................................ ............................ 14 1.3.2. OBJETIV OBJETIVOS OS ESPECÍFIC ESPECÍFICOS....... OS................... ......................... ......................... ........................ ........................ .....................14 .........14
1.4. ESTADO ESTADO DEL DEL ART ARTE E / ANTECED ANTECEDENTES ENTES..... ........... ............. ...................... ...................15 ....15
2. MARCOS MARCOS REFERENCIALE REFERENCIALES.... S......... .......... ................... ............................. .....................16 ......16 2.1. GAS NATURA NATURAL.... L......... ........... ........... ........... ........... .......... ........... ........... ............ ......................16 ...............16 2.2. 2.2. PELIG PELIGROS ROS EN EL EMPLE EMPLEO O DE GAS NATUR NATURAL.. AL....... .......... .......... ..............1 .........17 7 2.2.1. Asfxias..... Asfxias................. ........................ ......................... ......................... ........................ ........................ ........................ ......................... ............. 17 2.2.2. Explsi!" Explsi!"s........... s....................... ......................... ......................... ........................ ........................ .................................... ........................ 17 2.2.3. #"$a%&a'i #"$a%&a'i!"s..... !"s................. ........................ ......................... ......................... ................................................. ..................................... 1(
2.3. APLICACION APLICACIONES ES DEL GAS NATURA NATURAL.... L......... ........... ........... .................. ....................19 .......19 2.4. 2.4. SISTE SISTEMAS MAS DE DE DETEC DETECCIÓ CIÓN N DE FUGAS FUGAS DE GAS GAS NATUR NATURAL AL IMPORT IMPORTADOS.................................. ADOS...............................................................................2 .............................................2 2.5. PLAT PLATAFORMA AFORMA DE !ARD"A !ARD"ARE RE # SOFT"A SOFT"ARE... RE................. ........................21 ..........21 2.).1. *a&+,a&" *a&+,a&"............ ........................ ........................ ........................ ........................ ......................... ......................... ...........................22 ...............22 2.).2. Ca&a'-"&sCa&a'-"&s-i'as i'as %"!"&al"s................. %"!"&al"s............................. ........................ ........................ .................................. ...................... 23 2.).3. S/-,a&" S/-,a&"............ ........................ ........................ ........................ ......................... ......................... ........................ ............................ ................ 24
3. DESARROLL DESARROLLO O DEL TRABAJO TRABAJO DE GRADO......... GRADO....................... .....................25 .......25
+
3.1. SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA TALES COMO PLACA ELECTRÓNICA$ SENSOR # ALARMA SONORA ENTRE OTROS SEG%N RE&UERIMIENTOS.............................................................25 3.1.1. Ta&0"-a "l"'-&!i'a A&+i! ! R3.............................................................2 3.1.2. S"!s& pa&a %as !a-&al 564..................................................................... 27 3.1.3. Ala&a s!&a 89a+& A'-i:................................................................ 2( 3.1.4. L"+s ; &"sis-"!'ias..................................................................................... 2< 3.1.). I!-"&&p-& 2 psi'i!"s............................................................................. 3= 3.1.. C!+'-&"s +" '!"xi!........................................................................... 31 3.1.7. Ali"!-a'i! < V#C....................................................................................32
3.2. CONFIGURACIÓN EL'CTRICA DE LOS COMPONENTES SELECCIONADOS MEDIANTE LA ADAPTACIÓN A LA PLACA ELECTRÓNICA PRINCIPAL..............................................................33 3.2.1. C!f%&a'i! "l>'-&i'a +" la ali"!-a'i! a la -a&0"-a "l"'-&!i'a............34 3.2.2. C!f%&a'i! +"l s"!s& +" %as a la -a&0"-a "l"'-&!i'a............................3) 3.2.3. C!f%&a'i! "l>'-&i'a +" l"+? &"sis-"!'ia ; @9a+& a'-i: a la -a&0"-a "l"'-&!i'a............................................................................................................. 3
3.3. PROGRAMA DE CONTROL DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA DE SEGURIDAD DE DETECCIÓN DE FUGAS DE GAS NATURAL...........39 3.4. VALIDACIÓN DEL PROTOTIPO DESARROLLADO......................42 3.4.1. S"l"''i! +"l &"'i!- +" p&"9a................................................................. 42 3.4.2. V"&if'a'i! +" psi9l" /%a........................................................................ 44 3.4.3. C&&9&a'i! +" la /%a +"-"'-a+a '! "l ->'!i' '"&-if'a+ +" 5"-&%as 4(
4. RESULTADOS...................................................................50 5. CONCLUSIONES................................................................51 6. RECOMENDACIONES.........................................................52 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................53 . ANE!OS..........................................................................54
-
./0A D F/U4A0
Figura 1# Detector de gas natural importado###########################################################25 Figura 2# 6laca arduino############################################################################################21 Figura 3# 7icrocontrolador de Arduino####################################################################23 Figura *# 6rograma arduino#####################################################################################2* Figura +# arjeta electrónica Arduino Uno 43 seleccionada###################################2 Figura # 0ensor de gas 78* seleccionado###########################################################2Figura -# Alarma sonora tipo %umbador actio seleccionado#################################29 Figura :# .eds y resistencias seleccionados###########################################################35 Figura 9# /nterruptor de 2 posiciones seleccionado#################################################31 Figura 15# 'onectores tipo Jumper seleccionados#################################################31 Figura 11# Alimentación 9 ;D' seleccionada#########################################################32 Figura 12# 'on&iguración el?s$ueda de escape en los &ogones superiores###################################** Figura 23# >?s$ueda de &uga en la cone)ión superior con la manguera pl"stica# #*+ :
Figura 2*# >?s$ueda de &uga en la cone)ión in&erior con la manguera pl"stica####* Figura 2+# Fuga detectada en la llae de paso#######################################################*Figura 2# 'orroboración de la &uga detectada con el sensor pro&esional del t
9
./0A D A>.A0
abla 1# Aplicaciones del gas natural######################################################################19 abla 2# 'one)ión de los pines de la tarjeta Arduino uno 43##################################33 abla 3# 4esultados de alidación###########################################################################*9
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RESUMEN EJECUTI,O PALABRAS CLA,E# Arduino, Detector de &uga de gas natural, 6rototipo# n este trabajo se implementó un sistema prototipo port"til para la detección de &ugas de gas natural para aplicaciones de seguridad# 6ara lograr el desarrollo se siguieron las siguientes etapas@ la selección de los componentes del sistema como placa electrónica, sensor y alarma sonora entre otros seg?n las necesidades la con&iguración el
11
INTRODUCCIÓN l gas natural est" presente en un gran n?mero de &"bricas y de residencias, es de uso com?n, entre sus aplicaciones est"n el agua caliente sanitaria, cale&acción, cocción, secadoras, c(imeneas, barbacoas, laaajillas, pre t
12
1
DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO DE IN,ESTIGACIÓN
1/1/ PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA l gas natural se presenta en muc(os elementos para uso diario y com?n desde una casa, mini empresa y &abrica pero al manejar este combustible se debe tener en cuenta los riesgos $ue representan, en caso de un escape ya sea por ruptura de un conducto, mala cone)ión o dao del elemento de apertura puede ocasionar problemas en el ambiente como por ejemplo@ n presencia de personas puede generar as&i)ia, mareos, pogot", (ec(o $ue se produjo por una acumulación de gas dentro de una iienda en la localidad de 'iudad >ol!ar donde el estallido dejo tres personas con $uemaduras de alto grado en sus cuerpos CNoticias 4'N, 251# n relación con lo anterior se plantea la siguiente cuestión@ G'ómo lograr contar con un elemento de seguridad tipo detector de &ugas port"til dada la gran presencia del gas natural en la ida de las personas y los riesgos $ue conllea su usoH l proyecto propuesto da solución al problema al desarrollar un prototipo detector de fugas de gas natural, portátil y económico $ue permita inspeccionar
los componentes y l!neas de gas para con total seguridad operar los sistemas $ue lo re$uieran para su &uncionamiento# 13
1/2/ JUSTIFICACIÓN .a reali%ación de este proyecto se plantea como solución para el desarrollo de un detector de &ugas de gas natural port"til de bajo costo, con el &in de solucionar una problem"tica de seguridad en lugares en donde se emplea el gas natural como en los (ogares, restaurantes y &"bricas# 0eg?n el 4eglamento
1*
1// OBJETI,OS
1.3.1. OBJETIVO GENERAL
/mplementar un sistema detector de &ugas de gas natural port"til mediante el procesamiento de la seal proeniente de un sensor de gas, para aplicaciones de seguridad
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
0eleccionar los componentes del sistema tales como placa electrónica, sensor y alarma sonora entre otros seg?n re$uerimientos#
•
4eali%ar la con&iguración el
•
Desarrollar el programa de control de la placa electrónica, el sensor y alarma sonora para el sistema de seguridad de detección de &ugas de gas natural#
•
;alidar el sistema de seguridad desarrollado para la detección de &ugas de gas natural mediante pruebas de &uncionamiento#
1+
1// ESTADO DEL ARTE ANTECEDENTES '.7NA40, dBin M 4DO, Jaime M PA.40, J(adal&arid Q ;4>., Juan# 255-# Diseo e implementación de un prototipo para detectar &ugas de gas para uso residencial C'olmenares, rdóe%, ;erbel, Q Palteros# rabajo de grado para optar al t!tulo de ecnólogo electrónico de la Uniersidad de 0an >uenaentura, 0anta&< de >ogot"# rabajo consistente en implementar sensores de gas y micro controladores $ue junto con el programa de control detecta &ugas de gas# 7NNDO, Almudena# 251+# Desarrollo de un sistema de sensores para la detección de sustancias peligrosas C7enende%, 251+# rabajo de grado para optar al t!tulo en /ngenier!a electrónica y de comunicaciones, en la uniersidad Autónoma de 7adrid, spaa# 6royecto en el cual se disea y eal?a un sistema de detección de sustancias peligrosas de bajo coste e inal"mbrico, basado en la plata&orma Arduino# 0AN'RO, Jo(nny M 4D4SUO, erman# 255:# Dispositio electrónico automati%ado con electro "lulas para el control de &ugas de gas domiciliario C0anc(es Q 4odr!gue%, 255:# 6royecto para optar el t!tulo de tecnólogo en electrónica, en la Uniersidad Uniminuto, 'olombia# 6royecto consistente en un sistema de corte de suministro con electro"lula para acciones de seguridad en caso de presentarse &ugas de gas natural ;/..A, ian&ranco# 2515# Desarrollo de un prototipo para la detección de &ugas de gas en tuber!as C;illa, 2515# rabajo de grado para optar al t!tulo de /ngeniero electrónico en la Uniersidad Nuea sparta# l trabajo de grado reali%ado consistió en disear un prototipo $ue detecte &ugas de gas en tuber!as, realice un corte del sistema y mani&ieste la detección del escape con una alarma isual#
1
2/ MARCOS REFERENCIALES A continuación se presenta el marco conceptual del sistema detector de &ugas tipo port"til de gas natural, en
2/1/ GAS NATURAL s un energ
1-
2/2/ PELIGROS EN EL EMPLEO DE GAS NATURAL
A continuación se describen los peligros en el empleo de gas natural
2.2.1. Asfixias
0i la p
2.2.2. Explosions
0i el lugar est" completamente cerrado el gas se acumula y puede me%clarse con el aire en una proporción dentro de los l!mites de in&lamabilidad# n estas condiciones la sola presencia de una c(ispa puede producir una e)plosión# .as e)plosiones pueden desarrollar ondas e)pansias $ue por lo general destruyen el lugar donde se producen#
1:
2.2.3. !fla"#a$ions
0i la p
19
2// APLICACIONES DEL GAS NATURAL A continuación en la tabla 1, se presentan las principales aplicaciones del gas natural# abla 1# Aplicaciones del gas natural S$3'"r /ndustrial
'omercio y 0ericios
nerg!a 4esidencial
ransporte de pasajeros
A&(43a34"5$Pr"3$" eneración de apor /ndustria de alimentos 0ecado 'occión de productos cer"micos Fundición de metales 6roducción de petro$u!micos 0istema de cale&acción Rornos de &usión 'ale&acción central Aire acondicionado 'occiónEpreparación de alimentos Agua caliente 'ogeneración eluses
Fuente@ (ttp@EEBBB#innergy#clEusos#(tm
2// SISTEMAS
DE
DETECCIÓN
DE
FUGAS
DE
GAS
NATURAL
IMPORTADOS
l diseo de alta tecnolog!a, $ue puede ser utili%ado para detectar arios tipos de gas combustible tales como@ gas natural, metano, etano, propano, butano, alco(ol, 25
amoniaco, (idrógeno, apor de gasolina, sul&uro, apor disolente org"nico, el smog, diluyente de laca, na&ta, solente industriales ol"tiles, etc# bebe tener las siguiente caracter!sticas@
•
•
Alta sensibilidad# &"cil manejo#
l precio de este elemento Cel de la &igura 1 es de 2*5#555 pesos, alor considerablemente eleado para ser ad$uirido en la mayor!a de sectores $ue emplean gas natural como el residencial para citar un solo ejemplo# Figura 1# Detector de gas natural importado
Fuente@ (ttp@EEarticulo#mercadolibre#com#coE7'M*25*5+2:-MdetectorMmedidorM &ugasMdeMgasesMnaturalMmetanoMamoniacoM_J7
2/7/ PLATAFORMA DE +ARD8ARE Y SOFT8ARE
Arduino es una plata&orma de prototipos electrónica de código abierto Copen = source basada en (ardBare y so&tBare &le)ibles y &"ciles de usar# st" pensado e inspirado en artistas, diseadores, y estudiantes de computación o robótica y para cual$uier interesado en crear objetos o entornos interactio, o simplemente por 21
(obby# Arduino consta de una placa principal de componentes el
Fuente@ (ttps@EEupload#BiVimedia#orgEBiVipediaEcommonsEt(umbE3E3:EArduino_Uno_M _43#jpgE2*+p)MArduino_Uno_M_43#jpg
2.%.1. &a#'(a#
Arduino est" constituido en el (ardBare por un micro controlador principal llamado Atmel A;4 de : bits C$ue es programable con un lenguaje de alto niel, presente en la mayor!a de los modelos de Arduino, encargado de reali%ar los procesos lógicos y matem"ticos dentro de la placa, adem"s de controlar y gestionar los 22
recursos de cada uno de los componentes e)ternos conectados a la misma# 'onsta adem"s de una amplia ariedad de sensores el a una computadora para poder trabajar con ella desde niel so&tBare, ya $ue es dónde se le dar"n las WordenesX $ue ejecutar"n cada uno de los componentes conectados a la placa, e incluso, para operar como un dispositio m"s Cdependiendo de la con&iguración $ue (ayamos establecido y para $ue se $uiere utili%ar, en la &igura 3 se obsera el microcontrolador, CArduino Peb site, 251# Figura 3# 7icrocontrolador de Arduino
Fuente@ (ttp@EEarduinod(tics#Beebly#comEi$uest$ueacuteMes#(tml
23
2.%.2. Ca#a$)#*s)i$as "n#als
•
l microprocesador Amega32:
•
32 Vbytes de memoria Flas(
•
1 Vbyte de memoria 4A7
•
1 7R%
•
13 pins para entradasEsalidas digitales Cprogramables
•
6ins para entradas analógicas
•
6ins para salidas analógicas Csalidas 6P7
•
'ompletamente autónomo@ Una e% programado no necesita estar conectado al 6'
•
7icrocontrolador Amega32:
•
;oltaje de operación +;
•
;oltaje de entrada Crecomendado -M12 ;
•
;oltaje de entrada Climite M25 ;
•
Digital /E 6ins 1* Ccon salidas 6P7
•
ntradas analógicas 6ins
•
D' corriente /E 6in *5 mA
•
D' corriente 3#3; 6in +5 mA
2.%.3. Sof)(a#
'omo se (ab!a mencionado, Arduino, no sólo son componentes el
6rocessing y primordialmente en el lenguaje de prograación 'E'YY, $ue se (a uelto popular a tal grado de ser el m"s pre&erido para ensear programación a alumnos de niel superior $ue estudian computación y robótica, gracias a $ue es muy
&"cil
de
aprender
y
brinda
soporte
para
cual$uier
necesidad de computación, en la &igura * se aprecia la entana de operación del so&tBare /D CArduino Peb site, 251# Figura *# 6rograma arduino
Fuente@ (ttp@EEarduinod(tics#Beebly#comEi$uest$ueacuteMes#(tml
/ DESARROLLO DEL TRABAJO DE GRADO
A continuación se presenta el desarrollo de la metodolog!a del proyecto, est" presentada en cuatro partes, lo primero $ue se presenta es la selección de los componentes del sistema, siguiendo con la con&iguración de los componentes electrónicos con la tarjeta electrónica principal, en tercer lugar se presenta el desarrollo del programa de control, &inali%ando con las pruebas de alidación para eri&icar el &uncionamiento del prototipo# 2+
/1/ SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA TALES COMO PLACA ELECTRÓNICA- SENSOR Y ALARMA SONORA ENTRE OTROS SEG9N RE:UERIMIENTOS/
.a selección de los componentes electrónicos se presenta a continuación, para ello se establecieron los siguientes criterios de selección@
•
Disponibilidad en el mercado local de >ucaramanga o en su de&ecto en
•
ciudades principales de 'olombia# ;oltaje de operación entre 3 y 9 ;D' con el objetio de $ue &uncione de
•
&orma port"til alimentado por bater!as# 6recios bajos $ue permitan desarrollar el dispositio lo m"s ase$uible posible#
3.1.1. Ta#+)a l$)#,ni$a A#'-ino no R3
ste es el nueo Arduino Uno 43 $ue utili%a el microcontrolador Amega32:, sto permite ratios de trans&erencia m"s r"pidos y m"s memoria, adem"s esta re&erencia aade pins 0DA y 0'.# Ray dos nueos pines, uno es el /4F, $ue permite a los s(ields adaptarse al oltaje brindado por la tarjeta el otro pin a?n no se encuentra (abilitado# .a tarjeta trabaja con todos los s(ields e)istentes y podr" adaptarse con los nueos s(ields utili%ando esos pines adicionales CArduino#cl Peb site, 251#
2
l Arduino es una plata&orma computacional &!sica openMsource basada en una simple tarjeta de /E y un entorno de desarrollo $ue implementa el lenguaje 6rocessingEPiring# l Arduino Uno 43 puede ser utili%ado para desarrollar objetos interactios o puede ser conectado a so&tBare de computadora Cpor ejemplo, Flas(, 6rocessing, 7a)706# l /D openMsource puede ser descargado gratuitamente Cactualmente para 7ac 0 Z, PindoBs y .inu) CArduino#cl Peb site, 251# n la &igura + se presenta la tarjeta electrónica seleccionada# Figura +# arjeta electrónica Arduino Uno 43 seleccionada
Fuente@ Autores# 0us caracter!sticas son las siguientes@
• • • • • •
7icrocontrolador Amega32:# ;oltaje de entrada -M12; C$ue cumple con el criterio de selección# 1* pines digitales de /E C salidas 6P7# entradas an"logas# 32V de memoria Flas(# 4eloj de 17R% de elocidad#
2-
3.1.2. Snso# pa#a "as na)-#al /0
ste es un sensor para detectar as 7etano Cas Natural en el aire, se muestra en la &igura , el 78M* puede detectar concentraciones desde 355 (asta las 15555 ppm# ste sensor tiene una alta sensibilidad y un buen tiempo de respuesta# .a salida del sensor tiene una resistencia analógica ClectronilabPeb site, 251# Figura # 0ensor de gas 78* seleccionado
Fuente@ Autores# .as caracter!sticas t
• • • • • •
Alimentación +; D' C$ue cumple con el criterio de selección emperatura de &uncionamiento@ M15 a +5 [' 'onsumo de potencia@ menos de 955 mP 'oncentración@ 355 (asta las 15555 ppm 0ensibilidad@ 4s Caire E 4sC1555ppm '*R15\ + /ntegrado ampli&icador .7393 con ganancia ariable potenciómetro#
2:
mediante
•
• • • •
'ondiciones
de
trabajo@
emperatura
ambiente@M15
to
+,
Rumedad@]9+L 4R Alta sensibilidad al as 7etano Cas Natural# 4espuesta r"pida Amplio rango de detección Funcionamiento estable, larga ida, bajo costo
3.1.3. Ala#a sono#a -4a'o# A$)i5o
l %umbador o bu%%er, el cual se obsera en la &igura -, es un transductor electroac?stico $ue produce un sonido continuo o intermitente de un mismo tono Cgeneralmente agudo# 0ire como mecanismo de seali%ación o aiso, y son utili%ados en m?ltiples sistemas como en montajes electrónicos, automóiles o en electrodom
Figura -# Alarma sonora tipo %umbador actio seleccionado
29
Fuente@ Autores# .as caracter!sticas del %umbador actio seleccionado son@
• • • •
ensión@ 3#+ a +; 7edidas@ di"metro 12mm, altura :,+mm# 0eparación pins@ ,+mm# Frecuencia@ 2355 R% apro)#
3.1.. L's 6 #sis)n$ias
.os .Ds son componentes el
35
Fuente@ Autores#
3.1.%. In)##-p)o# 2 posi$ions
0e seleccionó un interruptor, mostrado en la &igura 9, de dos posiciones C0Bitc( de 3E Amperes, 2+5E12+ ;ca, 2 polos, 1 tiro, 2 posiciones CNMFF, ida ?til de 35555 operaciones el
31
Figura 9# /nterruptor de 2 posiciones seleccionado
Fuente@ Autores#
3.1.7. Con'-$)o#s ' $onxi,n
6ara las cone)iones el
Fuente@ Autores#
32
3.1.8. Alin)a$i,n 9 V!C
'on el propósito de $ue el prototipo cumpla con el objetio de $ue sea port"til, se seleccionó una alimentación con bater!a de 9 ;dc, oltaje ideal para la tarjeta electrónica principal Arduino Uno 43, esta bater!a se encuentra soportada en su porta pila con la salida de los conductores rojo Cpolaridad positia y negro Cpolaridad negatia como se aprecia en la &igura 11# Figura 11# Alimentación 9 ;D' seleccionada
Fuente@ Autores#
33
/2/ CONFIGURACIÓN SELECCIONADOS
ELÉCTRICA MEDIANTE
DE
LOS
LA ADAPTACIÓN
COMPONENTES A
LA PLACA
ELECTRÓNICA PRINCIPAL/
A continuación se presenta paso a paso la con&iguración del prototipo, en ella se aprecia detalladamente la cone)ión de todos los componentes integrados a la tarjeta Arduino Uno 43 n la tabla 2 se presentan y se describen los pines utili%ados# abla 2# 'one)ión de los pines de la tarjeta Arduino uno 43 PIN
DETALLE erminal Cde polaridad positia de alimentación del sistema donde se
;in
conecta el positio de la
bater!a en serie con el interruptor de dos
posiciones#
ND
6/N +;
6/N analógico A+
6/N digital : 6/N digital 11
ierra de sus siglas en ingl
nergi%a el sensor con + olts, se conecta el conductor color negro#
4ecibe la seal analógica del sensor, se conecta el conductor color gris del sensor# 0e conecta el conductor color gris del led para indicar encendido y detección Ccon intermitencia# 0e conecta el conductor color blanco del %umbador#
Fuente@ Autores# 3*
3.2.1. Confi"-#a$i,n l:$)#i$a ' la alin)a$i,n a la )a#+)a l$)#,ni$a
.a primera con&iguración el
Fuente@ Autores#
3+
3.2.2. Confi"-#a$i,n 'l snso# ' "as a la )a#+)a l$)#,ni$a.
.a cone)ión del sensor de gas se reali%ó a los pines de la tarjeta electrónica@ +; para el conductor negro, ND para el conductor blanco y A+ pin analógico para el conductor gris, tal como se aprecia en la &igura 13 y &igura 1*# Figura 13# 0ensor de gas con sus conectores
Fuente@ Autores# Figura 1*# 'on&iguración del sensor de gas a la tarjeta electrónica
Fuente@ Autores#
3
3.2.3. Confi"-#a$i,n l:$)#i$a ' l'; #sis)n$ia 6 <-4a'o# a$)i5o a la )a#+)a l$)#,ni$a. 0e tomó el .ed y la resistencia para unirlos mediante soldadura de estao, luego se reali%ó un puente entre el negatio del .ed y el negatio del Oumbador dado $ue solo $uedó disponible un solo pin de tierra ND en la tarjeta electrónica, los conductores ca&
Fuente@ Autores# Finalmente se obsera la con&iguración del conjunto de componentes electrónicos a la tarjeta Arduino Uno 43, cada uno de los pines seleccionados para la cone)ión 3-
son de ital importancia reconocerlos para el desarrollo de la siguiente etapa $ue es el desarrollo del código de programación# n la &igura 1 se aprecia la con&iguración de todos los componentes del sistema# Figura 1, 'on&iguración el
Fuente@ Autores#
3:
n la &igura 1- se presenta un es$uema de la con&iguración el
Figura 1-# s$uema de cone)ión de la tarjeta Arduino uno 43
Fuente@ Autores#
39
// PROGRAMA DE CONTROL DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA DE SEGURIDAD DE DETECCIÓN DE FUGAS DE GAS NATURAL/ A continuación se describe el desarrollo de la tercera etapa del proyecto, el desarrollo del programa de códigos parar la ejecución de acciones $ue se deseen en el prototipo# l so&tBare utili%ado es el /D de Arduino, desarrollado para sus mismas placas electrónicas l código tiene tres etapas principales, en la Figura 1: se aprecia un diagrama de la primera etapa $ue consiste en la de&inición de pines y asignación de alores Figura 1:# 6rimera etapa del código de programación
Fuente@ Autores#
*5
n la Figura 19 se presenta la segunda etapa del código $ue consiste en la asignación de entradas y salidas Ceste código se ejecuta una ?nica e%# Figura 19# 0egunda etapa del código de programación = rutina de encendido del prototipo
Fuente@ Autores# *1
0e &inali%a con la tercera etapa de de&inición de acciones repetitias en el bucle del programa# n la &igura 25 se obsera la tercera etapa de elaboración del código de control# Figura 25# ercera etapa del código de programación = de&inición de acciones
Fuente@ Autores# *2
n resumen, la etapa uno asigna alores al alor_limite y establece los pines de cone)ión para el .ed y el Oumbador, en la etapa dos se establecen como salidas digitales el .ed y el Oumbador, en la etapa tres se miden los alores an"logos censados por el sensor de gas en el pin A+ Canalógico, estableciendo unas acciones de encendido y apagado del .ed y el Oumbador en caso de $ue la concentración de gas sea alta# n el ane)o 2 se encuentra el código programado#
// ,ALIDACIÓN DEL PROTOTIPO DESARROLLADO/
.a alidación del prototipo de gas natural, portable y económico se presenta a continuación, en ella se eidencia el proceso $ue se reali%ó con el propósito de eri&icar el &uncionamiento del sistema de cone)iones el
3..1. Sl$$i,n 'l #$in)o ' p#-4a
6ara el desarrollo de la eri&icación se (i%o necesario ubicar una cocina dom
*3
Figura 21# 'ocina seleccionada para las pruebas de alidación y su sistema de alimentación de gas a la estu&a
Fuente@ Autores#
**
3..2. V#ifi$a$i,n ' posi4l f-"a .o siguiente &ue la eri&icación de toda la cocina y tuber!as de alimentación de gas para identi&icar el punto de la &uga, en la &igura 22 se obsera cómo se reali%a la eri&icación de cada uno de los &ogones, para determinar si es por un mal cierre de perilla $ue se est" escapando el &luido, el resultado &ue cero para esta sección de la cocina# Figura 22# >?s$ueda de escape en los &ogones superiores
Fuente@ Autores#
*+
n la &igura 23 se aprecia la b?s$ueda de &uga en la cone)ión superior con la manguera pl"stica, la manguera a (acia dentro de la pared e interconecta la "lula de paso con la estu&a, el resultado &ue negatio para &uga en esta unión# Figura 23# >?s$ueda de &uga en la cone)ión superior con la manguera pl"stica
Fuente@ Autores#
*
0e obsera en la &igura 2* la b?s$ueda de &uga en la cone)ión in&erior con la manguera pl"stica, la manguera a (acia dentro de la pared e interconecta la "lula de paso con la deriación $ue llega desde la red de gas del conjunto para cada uno de los apartamentos, el resultado &ue negatio para &uga en esta unión, pues el detector no pita ni cambia la intensidad de su led indicador# Figura 2*# >?s$ueda de &uga en la cone)ión in&erior con la manguera pl"stica
Fuente@ Autores#
*-
n la &igura 2+ se aprecia el momento en $ue se eri&ica presencia de gas en la "lula de paso de la acometida, el led indicador empie%a a apagar y prender en repetidas ocasiones y el %umbador emite la alerta sonora programada en el código de control, por lo tanto se considera una &uga en potencia, la cual deber" ser eri&icada por medio de los medidores pro&esionales de los t
Fuente@ Autores
*:
3..3. Co##o4o#a$i,n ' la f-"a ')$)a'a $on l ):$ni$o $#)ifi$a'o ' /)#o"as
Una e% llegó el t
Fuente@ Autores#
*9
n la &igura 2- se puede obserar el comprobante de sericio, en donde se esclarece el lugar donde se encuentra la &uga, en la "lula de paso, y se reali%an las recomendaciones pertinentes, para cambio de la "lula de paso# n el comprobante se aprecia el nombre de /gnacio 6
Fuente@ Autores
+5
/ RESULTADOS
.os resultados del proyecto desarrollado &ueron positios, partiendo de la alidación, para la comprobación de todas las etapas de ejecución en conjunto Cselección de componentes, con&iguración electrónica, desarrollo del código de control, la alidación del prototipo en comparación con un detector de gas pro&esional &ue satis&actoria, los resultados se tabularon en la tabla 3, en ella se obsera $ue el prototipo igualó en los resultados al detector del t
abla 3# 4esultados de alidación#
DETECTORES DE GAS DETECTOR
PUNTO DE
PROTOTIPO
,ERIFICACIÓN
DESARROLLADO
FOGONES CONE;IÓN SUPERIOR
0in escape 0in escape
METROGAS 0in escape 0in escape
MANGUERA PLÁSTICA CONE;IÓN INFERIOR
0in escape
0in escape
MANGUERA PLÁSTICA ,ÁL,ULA DE PASO
'on escape
'on escape
Fuente@ Autores#
+1
PROFESIONAL
7/ CONCLUSIONES
.a selección de los componentes se reali%ó &undamentada en criterios de selección, en donde predominó la &acilidad de programación, el oltaje de operación y la disponibilidad en el territorio colombiano de cada uno de los elementos, la tarjeta electrónica seleccionada &ue de la casa &abricante Arduino, cuyo so&tBare de programación A4DU/N /D es de licencia libre cada uno de los dem"s componentes se seleccionó en &unción de la tarjeta electrónica, espec!&icamente del oltaje de &uncionamiento, el resultado &ue una selección de componentes adecuados, &uncionales y económicos para el desarrollo del prototipo# .a con&iguración el
6/ RECOMENDACIONES
n el desarrollo del prototipo se pueden agregar actuali%aciones sencillas como@ una pantalla led $ue ensee la cantidad e)acta de partes por millón $ue detecta el sensor, un sistema de t(ernet o bluetoo( para integrar aplicaciones en tel<&onos celulares o internet y reali%ar una acción# l uso de la tarjeta Arduino uno 43 puede ser omitida y en su rempla%o puede utili%arse un micro controlador dimensionado al prototipo y elaborar una placa ajustada a los elementos necesarios para el desarrollo del prototipo#
+3
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS •
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=/ ANE;OS ANE;O 1> E?*$@a *534"5a@4$5'"/ Figura 2:# s$uema de &uncionamiento#
F3NCIONA5IE NTO #ETECTOR GAS Al '!72-a& "l i!-"&&2p-& DLE# s'ila -&"s :"'"s NO Ba-"&a 9a0a.
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Fuente@ Autores
ANE;O 2> C#4%" #$( &r"%ra@a/ Pr4@$ra $'a&a #$( 3#4%"> A4%5a345 #$ a("r$ &45$ 45' ($#= S$($334"5a $( &45 = &ara $( L$# a*( 45' S"54#"11 S$($334"5a $( &45 11 &ara $( Z*@a#"r 45' a("rH(4@4'$ 170 A4%5a 170 a (a ar4a($ a("rH(4@4'$ S$%*5#a $'a&a #$( 3#4%"> A4%5a345 #$ $5'ra#a a(4#a "4# $'*& C#4%" $!$3*'a#" *5a K543a $ #4%4'a(8r4'$S"54#"- LO8 D$a3'4a $( *@a#"r #$(a1000 E&$ra @4( @4(4$%*5#" S$r4a(/$%45600 I5434a(4a $( &*$r'" $r4a( &45M"#$($#-OUTPUT A4%5a $( L$# 3"@" a(4#a &45M"#$S"54#"-OUTPUT A4%5a $( S"54#" 3"@" a(4#a #4%4'a(8r4'$S"54#"- LO8 D$a3'4a $( *@a#"r #$(a1000 E&$ra @4( @4(4$%*5#" #4%4'a(8r4'$($#- +IG+ A3'4a $( L$# #$(a70 E&$ra 3453*$5'a @4(4$%*5#" #4%4'a(8r4'$($#- LO8 D$a3'4a $( L$# #$(a70 E&$ra 3453*$5'a @4(4$%*5#" #4%4'a(8r4'$($#- +IG+ A3'4a $( L$# #$(a70 E&$ra 3453*$5'a @4(4$%*5#" #4%4'a(8r4'$($#- LO8 D$a3'4a $( L$# #$(a70 E&$ra 3453*$5'a @4(4$%*5#" #4%4'a(8r4'$($#- +IG+ A3'4a $( L$# +-
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