RAE 1. TIPO DOCUMENTO: Trabajo realizado sobre prototipo de un sistema detección y control de la evacuación de gases de la combustión en recintos cerrados. 2. TITULO: INGENIEROS ELECTRONICOS 3. AUTOR: Alexander Huertas Guaqueta, Emersson Agudelo, Jaime Andrés Ordoñez Sereno. 4. LUGAR: Bogotá D.C 5. FECHA: Enero 2011 6. PALABRAS CLAVES: Gases de la Combustión, Microcontrolador, sensores de gas. 7. DESCRIPCION DEL TRABAJO: El presente trabajo es un prototipo para la detección, control y evacuación de los gases de la combustión en recintos cerrados donde este instalados artefactos a gas que carecen de un sistema de ventilación para minimizar los riesgos de accidentes por inhalación de estos gases. 8. LINEA DE INVESTIGACION: Este trabajo se desarrolla en el marco de la línea institucional de La Facultad de ingenierías, Tecnologías Actuales y sociedad, Instrumentación y control. 9. FUENTES CONSULTADAS: Warner, Peter O. “Análisis de los Contaminantes del Aire” , Editora Paraninfo, 1985, Kenneth Wark; Cecil F. Warner “Contaminación del Aire: Origen y Control” Editora Limusa, Dr. Mariano Seoanez Calvo y Equipo de Colaboradores, “Ingeniería del Medio Ambiente” Ediciones Mundi-Prensa, Catelló 37-28001 Madrid, Chou Jack. Hazardous Gas Monitor. 10. CONTENIDOS: En este trabajo se encuentra planteado el planteamiento de un problema a la inadecuada ventilación en un recinto cerrado cuyo objetivo principal es diseñar e implementar un prototipo de detección, control y evacuación de los gases combustibles en recintos cerrados. 11. METODOLOGIA: l enfoque a emplear en la investigación, es: empírico-analítico: cuyo interés es el técnico, orientado a la interpretación y transformación de ideas, las cuales serán plasmadas en el papel, de allí partir a una solución, la cual será soportada con todos los conocimientos adquirido a través de los años de estudio y el tiempo que dure al investigación 12. CONCLUSIONES: Se logro desarrollar un sistema totalmente autónomo para la Seguridad de un recinto cerrado..El prototipo es ideal para la verificación continua de la operación de los gasodomésticos, la acumulación de gases peligrosos en recintos cerrados. El sensor de gas seleccionado proporciono una gran confiabilidad en la medición de niveles de gas, además su costo y su fácil configuración lo hace un sensor adecuado para uso residencial y comercial.
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RAE 1. TIPO DOCUMENTO: 2. TITULO: INGENIEROS …biblioteca.usbbog.edu.co:8080/Biblioteca/BDigital/65995.pdf · FUENTES CONSULTADAS: Warner, Peter O. “Análisis de los Contaminantes
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RAE
1. TIPO DOCUMENTO: Trabajo realizado sobre prototipo de un sistema detección y control de la evacuación de gases de la combustión en recintos cerrados.
6. PALABRAS CLAVES: Gases de la Combustión, Microcontrolador, sensores de gas.
7. DESCRIPCION DEL TRABAJO: El presente trabajo es un prototipo para la detección, control y evacuación de los gases de la combustión en recintos cerrados donde este instalados artefactos a gas que carecen de un sistema de ventilación para minimizar los riesgos de accidentes por inhalación de estos gases.
8. LINEA DE INVESTIGACION: Este trabajo se desarrolla en el marco de la línea institucional de La Facultad de ingenierías, Tecnologías Actuales y sociedad, Instrumentación y control.
9. FUENTES CONSULTADAS: Warner, Peter O. “Análisis de los Contaminantes del Aire” , Editora Paraninfo, 1985, Kenneth Wark; Cecil F. Warner “Contaminación del Aire: Origen y Control” Editora Limusa, Dr. Mariano Seoanez Calvo y Equipo de Colaboradores, “Ingeniería del Medio Ambiente” Ediciones Mundi-Prensa, Catelló 37-28001 Madrid, Chou Jack. Hazardous Gas Monitor.
10. CONTENIDOS: En este trabajo se encuentra planteado el planteamiento de un problema a la inadecuada ventilación en un recinto cerrado cuyo objetivo principal es diseñar e implementar un prototipo de detección, control y evacuación de los gases combustibles en recintos cerrados.
11. METODOLOGIA: l enfoque a emplear en la investigación, es: empírico-analítico: cuyo interés es el técnico, orientado a la interpretación y transformación de ideas, las cuales serán plasmadas en el papel, de allí partir a una solución, la cual será soportada con todos los conocimientos adquirido a través de los años de estudio y el tiempo que dure al investigación
12. CONCLUSIONES: Se logro desarrollar un sistema totalmente autónomo para la Seguridad de un recinto cerrado..El prototipo es ideal para la verificación continua de la operación de los gasodomésticos, la acumulación de gases peligrosos en recintos cerrados. El sensor de gas seleccionado proporciono una gran confiabilidad en la medición de niveles de gas, además su costo y su fácil configuración lo hace un sensor adecuado para uso residencial y comercial.
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PROTOTIPO DE UN SISTEMA DE DETECCION Y CONTROL DE LA
EVACUACION DE GASES DE LA COMBUSTION EN RECINTOS CERRADOS
AUTORES.
ALEXANDER HUERTAS GUAQUETA
EMERSSON AGUDELO PRIETO
JAIME ANDRES ORDOÑEZ SERENO
UNIVERSIDAD SAN BUENAVENTURA
INGENIERIA ELECTRÓNICA
PROYECTO DE GRADO
BOGOTA D.C.
2011
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PROTOTIPO DE UN SISTEMA DE DETECCION Y CONTROL DE LA
EVACUACION DE GASES DE LA COMBUSTION EN RECINTOS CERRADOS
AUTORES.
ALEXANDER HUERTAS GUAQUETA
EMERSSON AGUDELO PRIETO
JAIME ANDRES ORDOÑEZ SERENO
Proyecto de Grado para optar el titulo de
Ingenieros electrónicos.
Asesor.
Ing. ANTONIO JOSE ALBARRACIN RAMIREZ
UNIVERSIDAD SAN BUENAVENTURA
INGENIERIA ELECTRÓNICA
PROYECTO DE GRADO
BOGOTA D.C.
2011
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Nota de aceptación:
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Firma del Presidente del Jurado
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Firma del Jurado
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Firma del Jurado
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Firma del asesor metodológico
Bogotá D.C, 21 Enero 2011
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AGRADECIMIENTOS
A Dios, a nuestras familias, a todas las personas que de una u otra manera
colaboraron en la realización del presente trabajo y especialmente a nuestro
Asesor de Tesis el Ing. Antonio Albarracín y por su invaluable colaboración.
De igual manera a ustedes maestros que día a día nos transmitieron sus
conocimientos.
Ahora somos profesionales.
Gracias UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
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CONTENIDO Pág.
INTRODUCCION 10 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 13
1.1 ANTECEDENTES 13 1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 21 1.3 JUSTIFICACIÓN 22 1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 23 1.4.1 Objetivo General 24 1.4.2 Objetivo Específicos 25 1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO 26 2. MARCO DE REFERENCIA 25 2.1 MARCO TEORICO CONCEPTUAL 25 2.1.1 Sistemas de control 25 2.1.1.1 Sistema de Control lazo cerrado . 26 2.1.1.2 Sistema de Control en lazo abierto. 29 2.1.1.3 Generalidades de los sistemas de Control. 27 2.2 PARÁMETROS CLAVES EN EL CONTROL DE LA COMBUSTIÓN. 27 2.2.1 Mediciones caudal de combustión 27 2.2.2 Medición de la temperatura 28 2.2.3 Medición de la composición de los productos de la combustión 31 2.3 MARCO LEGAL O NORMATIVO 31 2.4 MARCO TEORICO 35 2.4.1Sistemas básicos de control de combustión 35 2.4.2 Microcontroladores 41
3. METODOLOGIA 49 3.1ENFOQUE DE LA INVESTIGACION 49 3.2 LINEAS DE INVESTIGACION USB 49 4. DESARROLLO INGENIERIL 51 4.1 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA 51 4.3 COMPARACION DIFERENTES MICROCONTROLADORES 54 4.3.1 Tablas Comparativas 57 4.3.2 Microcontrolador Motorola MC68HC908GP32 61 4.4 TIPO DE SENSORES DE GAS 63
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4.4.1 Sensores Electroquímicos 63 4.4.2 Sensores Catalíticos de gases combustibles 65 4.5 SENSOR GAS IMPLEMENTADO EN EL PROYECTO 68 4.5.1 Características sensitivas 70 4.5.2 Características de temperatura 71 4.5.3 Lectura TGS 813 71 4.6 PROGRAMA DEL MICROCONTROLADOR 76 4.7 CONFIGURACIÓN MICRO MOTOROLA MC68HC908GP32 74 4.8 RECURSOS DE TIEMPO 75 4.9 ESTADOS DE PROCESO 76 4.9.1 Configuración salidas digitales 76 4.9.2 Configuración entradas análogo 77 4.9.3 Configuración del Display 77 4.10 VARIABLES DEL PROGRAMA 78 4.10.1 Boléanos 79 4.10.2 Formatos visualización 80 4.11 APLICACIÓN 85 4.12 PROCOLOS DE PRUEBA 86 4.13 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO 91 5. CONCLUSIONES 92 6. RECOMENDACIONES 93 7. BIBLIOGRAFIA 94 GLOSARIO 96 ANEXOS 98
8
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1.SISTEMA DE CONTROL LAZO CERRADO 26 Figura 2.SISTEMA DE CONTROL LAZO ABIERTO 26 Figura 3.SISTEMAS BÁSICOS DE CONTROL DE COMBUSTIÓN 38 Figura 4. SISTEMA DE CONTROL SERIE-PARALELO CON CORRECTOR 38 Figura 5.SISTEMA DE CONTROL SERIE-PARALELO 39 Figura 6.PROGRAMADOR MICROGRADES 47 Figura 7. DISPLAY LCD DE 2X16 47 Figura 8.MICROCONTROLADOR MOTOROLA REF. MC68HC908GP32 61 Figura 9.SENSOR ELECTROQUIMICO 64 Figura 10. SENSOR CATALITICO 66 Figura 11.SELECCION DE SENSORES 67 Figura 12. CARACTERÍSTICAS TÍPICO DE LA SENSIBILIDAD TGS 813 70 Figura 13. CARACTERÍSTICAS DE TEMPERATURA Y HUMEDAD TGS 813 71 Figura 14.CONFIGURACION SENSOR TGS 813 72 Figura 15 .DIAGRAMA DE FLUJO 73
9
LISTA DE TABLAS Pág.
Tabla No 1 FAMILIA MOTOROLA 58 Tabla No 2 FAMILIA ATMEL 58 Tabla No 3 FAMILIA MICROCHIP PIC 16 59 Tabla No 4 COMPARACION DE LOS MICROCONTROLADORES 60 Tabla No 5 SENSORES DE GAS 68 Tabla No 6 ANALISIS DE COMBUSTION ENSAYO 1 86 Tabla No 7 ANALISIS DE COMBUSTION ENSAYO 2 87 Tabla No 8 ANALISIS DE COMBUSTION ENSAYO 3 88 Tabla No 9 ANALISIS DE COMBUSTION ENSAYO 4 90 Tabla No 10 EFECTIVIDAD DEL PROTOTIPO 90
10
INTRODUCCION
Cimsa Ltda. es una empresa dedicada a la fabricación de gasodomésticos
(estufas, hornos, calentadores de acumulación) y a la importación de calentadores
de paso para uso domestico y/o industrial certificada en el año 2007 bajo la norma
ISO 9001 donde asegura sus procesos es por eso que esta compañía Colombiana
implementa así su laboratorio para seguir dándole cumplimiento a la norma y así
garantizar el buen funcionamiento de sus productos.
En todas las combustiones gran parte de los elementos que constituyen el
combustible forman compuestos gaseosos al arder. La gama y cantidad de gases
que se producen en los incendios depende de los materiales presentes en la
combustión. Suele ser el problema principal, el total desconocimiento de las
constantes y reacciones que se están produciendo en el siniestro. Estos gases
pueden ser, en parte, tóxicos y producir en las personas que lo respiran
Incapacidades físicas, pérdida de coordinación, los desorientación,
envenenamientos e incluso la muerte; más del 80 % de las víctimas de incendios
mueren por efecto de los gases.
Los niveles de tolerancia para el organismo humano, de los distintos
contaminantes, se hallan recogidos en la normativa vigente sobre Seguridad y
Salud. Los gases tóxicos se suelen dividir en 3 tipos: asfixiantes, irritantes y
venenosos (tóxicos). La gravedad de los efectos depende de la dosis absorbida,
de las condiciones fisiológicas de la persona afectada, etc. La expresión, gases de
la combustión, engloba el conjunto de gases que se hallan en un recinto cuando
éstos se enfrían. La mayor o menor concentración de un determinado tipo de gas
depende del tipo de combustible y de la cantidad de oxigeno disponible para la
combustión y la temperatura.
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En todos los casos deberemos tener en cuenta que puede existir una insuficiencia
de oxigeno; la insuficiencia de oxigeno en el aire nos puede llevar a la asfixia
dependiendo de la proporción de oxigeno presente en la atmósfera; los síntomas o
efectos sobre el organismo varían:
• 20%(Nivel de oxigeno en la atmósfera normal). Ausencia de síntomas.
• 17% Disminuye el volumen respiratorio, disminución de la coordinación
Muscular, aumento el esfuerzo para pensar.
• 12% Se corta la respiración, desvanecimiento y mareo. Aumenta la
Frecuencia Cardiaca, pérdida de coordinación muscular.
• 10-12% Nauseas y vómitos, parálisis.
• 6- 8 %...Colapso.
• < 6%.... Muerte en 6-8 minutos.
En los incendios existe una gran disminución de la proporción de oxigeno debido a
los gases que se desprenden de la combustión. Este motivo puede obligar a
plantear en la mayoría de los casos la rápida evacuación del personal, que se
pueda ver afectado en un local cerrado.
a) Monóxido de carbono CO.
La mayoría de las muertes en los incendios se producen por envenenamiento con
CO, más que por cualquier otro producto tóxico de la combustión. Al menos en lo
que a datos aportados y estudiados en las autopsias, es un gas incoloro, inodoro e
insípido. Presente en prácticamente todos los fuegos. Una baja concentración de
oxígeno en el ambiente de la combustión, una mala ventilación favorece la
aparición de mayores concentraciones de CO; son las combustiones incompletas
del carbono las causantes del desprendimiento de CO.
El CO se combina con la hemoglobina de la sangre. Con una mayor avidez que el
oxigeno. Por lo tanto desplaza a éste y lo suplanta, haciendo llegar a las células
12
en vez de O2 el monóxido de carbono, provocando una rápida hipoxia del cerebro
y de los tejidos que desencadenan en la muerte si no se suministra rápidamente
oxigeno al afectado.
La exposición al monóxido de carbono no es acumulativa, sin embargo, el cuerpo
necesita de algún tiempo para ir liberándolo. Así, la exposición a 2 o 3 fuegos
diferentes a lo largo de una jornada de trabajo equivaldrá a la de uno de mayores
proporciones ¡su densidad relativa respecto del aire es 0.97!.
b) Dióxido de carbono C02.
Es un gas asfixiante. Resulta de la combustión incompleta, ignífuga, inodora e
incolora. Los fuegos que se generan al aire libre, en general, presentan mayores
concentraciones de C02 que de CO al aumentar la concentración de anhídrido
carbónico, aumenta el ritmo respiratorio, y con ello la inhalación de otros gases
tóxicos.
Ya conociendo los diferentes tipos de gases de la combustión y su peligrosidad es
de vital importancia hacer un sistema de evacuación de estos gases, ya que el
laboratorio de Industrias Cimsa Ltda. aun no se ha implementado queremos darle
al encargo del laboratorio tranquilidad y bienestar en el momentos que realice sus
pruebas de laboratorio.
En la investigación sobre las posibles soluciones del prototipo; tuvimos en cuenta
muchos circuitos que podrían llegar a tener lo necesario para poder ser parte del
él, pero por diferentes razones (resultados en las pruebas, costos, facilidad de
adquisiciones) se decidió hacerlo de la forma; en el cual se desarrollo por medio
de un micro controlador donde se analiza sus características de manejo lógico
digital y sus evidentes ventajas de configuración que se moldea de manera
práctica para cada aplicación o necesidad de diseño, para la supervisión, control y
evacuación de gases de combustión en recintos cerrados .
13
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 Antecedentes
Existen métodos como la utilización de campanas extractoras, con salidas de
humos al exterior en los locales destinados a cocinas, donde existan calderas y
calentadores de circuito abierto con evacuación conducida; esto provoca un fuerte
movimiento de aire de dicho local, que unido a una insuficiente entrada de aire del
exterior, puede provocar un funcionamiento incorrecto de los aparatos a gas y el
retorno de humos a través del corta tiros, pudiendo producir intoxicaciones a las
personas que se encuentran en dicho local, o incomodidades a los usuarios que
disponen de aparatos que cumplan, al activarse el sistema de seguridad de
evacuaciones que incorporan.
Otro problema que suele presentarse en cuanto a las evacuaciones de gases en
aparatos de circuito abierto y de tiro natural con salida a fachada, es la falta de tiro
que puede producirse en determinadas circunstancias y que puede provocar
intoxicaciones a las personas.
Todo esto ha sido puesto de manifiesto por las propias empresas distribuidoras de
gas y debe ser objeto de inmediata regulación estableciéndose los requisitos y
condiciones que se deberán tener en cuenta a la hora de realizar este tipo de
instalaciones al efecto de evitar los diferentes riesgos.
Por otra parte, se debe tener en cuenta que ya existen en el mercado aparatos
(detectores de gas, alarmas) que eliminan los riesgos citados; algunos productos
de control y evacuación que existen en el mercado, que por su alto costo no son
viables para el laboratorio de Cimsa Ltda.
14
La empresa AMETEK PROCESS INSTRUMENTS fabrica analizadores de
proceso en línea para el análisis de composición de los flujos de gas y de la
muestra líquida. Las aplicaciones más comunes incluyen: análisis de pureza,
mezcla de control, la calidad, concentración, color, el control de velocidad de
reacción, análisis de residuos de efluentes, feedgas vigilancia, la detección de
color de los precursores, el análisis de baño de galvanoplastia, y muchos otros1
1 AMETEK PROCESS INTRUMENTES [Internet] [consultado 10 Octubre de 2009]. Disponible en http:// www.ametekpi.com
15
Unidad de control para sensor de gas Crowcon Detection Instruments
La empresa Crowcon se ha dedicado a desarrollar una gama de paneles de
control para adaptarse a todos los usos. Todos los sistemas de vigilancia fijos del
gas se pueden interconectar con cualquier detector del fuego y de gas; el sistema
de control distribuido (DCS). Además cada sistema se puede dirigir para conducir
los anunciadores alejados y los paneles mímicos.
La gama fija de la supervisión del gas consiste en:
Sistema de control del canal del vórtice 1 a 12, sistema de control del canal de
Gasmaster 1 a 4, Sistema de control del solo canal de Gasflag, gas monitor más
sistema de control de 1 a 16 canales, Sistema de vigilancia del CO2 de llarSafe2
2 Crowcon Detection Instruments [Internet] [consultado 10 Octubre de 2009]. Disponible en http:// www.crowcon.com
16
Unidad de control para sensor de gas Dräger Safety
Para todas las aplicaciones el departamento de Ingeniería de Drager ha diseñado
un sistema de alarma de gases que cumple con todas las exigencias, Se trata de
un solo armario de pared para uno o pocos puntos de detección, es un sistema de
racks modular de 19 o un sistema SCADA completo compuesto por sub-armarios
de conexión conectados con una consola de vigilancia controlada por PC para
representación y documentación de todos los avisos de estado con imágenes
aumentadas de instalación. 3
3 Dräger Safety [Internet] [consultado 10 Octubre de 2009]. Disponible en http:// www.draeger.com
17
Detector multigases Dräger Safety
Para la medición paralela de varios gases Dräger ofrece un producto Con una
selección de más de 25 sensores electroquímicos distintos, dos sensores
catalíticos para gases combustibles y dos sensores infrarrojos el Multiwarn II es
muy adecuado para el control de gases tóxicos y combustibles así como para el
control de la falta o exceso de oxígeno en el ambiente. 4
4 Dräger Safety [Internet] [consultado 10 Octubre de 2009]. Disponible en http:// www.draeger.com
18
HazardWatch sistema de detección de gases
Construido usando el estado de los equipos de automatización de arte industrial y
de control para realizar las exigencias de un tiro y sistema de detección de gas
certificado por mutuo de fábrica para ser compatible con la norma NFPA 72
(2002).5
5 GENERAL MONITORS [Internet] [consultado 10 Octubre de 2009]. Disponible en http:// www.generalmonitors.com
19
La Becker Serie PIC
Presión Instrumentación columna proporciona regulado y condicionado las
presiones de suministro de válvulas de control y la instrumentación utilizada en
aplicaciones de tuberías de gas natural. El PIC regula la presión completa de la
transmisión de gas natural / tuberías de distribución y regula a niveles diferentes
de presión necesaria para operar las válvulas de control y la instrumentación
relacionada. El PIC cuenta con un montaje completamente soldada que es la
presión nominal de 600 ANSI (estándar) y 900 ANSI (opcional) de presión. Cada
PIC es prueba hidrostática a 1.5 veces el número de ANSI plena presión. PIC's
están disponibles con una variedad de opciones y configuraciones.
Instrumentación de presión columnas pueden estar equipados con catalizador (sin
llama), calentadores, secadores de filtro, la instrumentación soportes de montaje, y
una variedad de otros componentes opcionales. El PIC Becker es el original
"Columna", diseñado para su uso en la distribución de gas natural / líneas de
transmisión. 6
6 BECKER [Internet] [consultado 10 Octubre de 2009]. Disponible en
http:// www.becker-international.com
20
Fire & Gas solución de sistema
Desde 1948, SIMTRONICS se ha especializado en productos de alta tecnología
para el análisis y detección de gas. Este sistema con una línea de sensores
remotos viene a la vanguardia de la innovación tecnológica (30 patentes
registradas) garantizan un sistema seguro y eficiente:
• Muy alto nivel de seguridad, SIL 2
• Protocolo de la inteligencia distribuida donde cada sensor interactúa con los
módulos de salida,
• topología de anillo de seguridad con un solo cable trae reducción de costos,
• Integración y control de señales digitales y analógicas,
• MODBUS / de LonWorks permitiendo la conexión de puerta de enlace con los
sistemas de supervisión, SCADA, PLC
• Configuración flexible usando su propia herramienta de configuración dedicada,
fácil de usar sistema de explotación.7
7 SIMTRONICS [Internet] [consultado 10 Octubre de 2009]. Disponible en http:// www.simtronics.eu
21
Actualmente existe muchas empresas dedicadas al manejo y control de gases de
la combustión como URIGO LTDA, , DINIGAS. DETCON INC, EMSICA S.R.L, RKI
INSTRUMENTS entre otras; el común denominador para estas empresas es que
todas ellas dirigen sus productos hacia el sector Industrial
El sector residencial, es un sector en el cual empresas como las anteriormente
mencionadas no lo tienen muy abarcado ya que afirman que debido a que estos
equipos al ser muy “completos” requieren de una inversión para la cual una
familia no va a hacer de fácil acceso.
1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
La calidad del aire en recintos cerrados afecta la salud y bienestar tanto de los
residentes como del personal de un edificio. Dentro de las diferentes fuentes de
contaminación, la emanación de monóxido de carbono (CO) a partir de la
combustión incompleta de gas, principalmente derivado de artefactos a gas en
malas condiciones e insuficiente ventilación, es el factor más importante y letal de
todos. La intoxicación involuntaria por este gas es una de las situaciones más
frecuentes en el ámbito doméstico al no tener olor, color, ni sabor, lo que dificulta
enormemente su detección. Los efectos causados por la exposición al monóxido
de carbono están relacionados con la capacidad de la sangre para transportar el
oxigeno. El problema es provocado por la capacidad del CO para unirse a la
hemoglobina, entre 210 - 270 veces superior a la del oxígeno, formando car
oxihemoglobina lo que impide el transporte de oxígeno a las células por tal razón,
en caso de inhalación de CO, se produce una intoxicación progresiva hasta
generar una condición prácticamente nula de intercambio de oxígeno a nivel
pulmonar, provocando hipoxia generalizada, luego anoxia y finalmente el deceso,
en general, provocado por la insuficiencia cardiaca que se produce a
consecuencia de la hipoxia miocárdica.
22
La absorción de CO es directamente proporcional a su concentración en el
ambiente, al tiempo de exposición y a la velocidad de ventilación, que depende de
la actividad realizada durante el tiempo de exposición, siendo los grupos de mayor
riesgo los pacientes de edad avanzada con afecciones cardiacas y respiratorias,
mujeres embarazadas, recién operados y niños, debido a su elevada frecuencia
respiratoria en comparación con una persona adulta .Los síntomas más frecuentes
corresponden a cefalea, vértigo, náuseas, vómitos, somnolencia y síncope.
¿Cómo hacer un prototipo para el sistema de detección, control y
evacuación de los gases de la combustión en recintos cerrados?
1.3 JUSTIFICACIÓN
El problema de la evacuación de gases en los recintos cerrados cobra relevancia
en Cimsa Ltda. Debido a múltiples accidentes en departamentos, edificios
originados por problemas de mal funcionamiento de artefactos a gas, tales como
la intoxicación por monóxido de carbono. Esto queda en evidencia con la puesta
en marcha del proceso de inspecciones periódicas, establecidas por los expertos o
empresas dedicado a los suministros de estos gases.
En el contexto de modernización relativa a instalaciones interiores de gas, y dados
múltiples casos de intoxicación por inhalación de CO en edificios y recintos
cerrados, surge la necesidad de validar un sistema de evacuación de gases de la
combustión que permita abordar el diseño de este laboratorio en forma segura y
de acuerdo a la realidad de la Empresa.
Minimizaremos los riesgos de accidentes por inhalación de los gases de la
combustión al personal encargado del laboratorio ofreciendo seguridad y
bienestar.
23
1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1 Objetivo General
Diseñar e implementar un prototipo de detección, control y evacuación de los
gases de la combustión en recintos cerrados.
1.4.2 Objetivo Específicos
• Analizar los diferentes tipos de gases de la combustión originados en un
recinto cerrado donde estén instalados diferentes gasodomésticos.
• Diseñar el circuito que cumpla con las condiciones del prototipo.
• Seleccionar el sensor adecuado para la detección de los gases de la
combustión en un recinto cerrado.
• Seleccionar el dispositivo de control y demás elementos para los gases de
la combustión en un recinto cerrado.
• Diseñar el programa lógico para la detección, control y evacuación de los
gases de combustión en recintos cerrados.
• Implementar el sistema y hacer las pruebas necesarias para ponerlo a
punto.
24
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO
El prototipo contara con sistema con el cual se puede variar el porcentaje de
gases de la combustión en un recinto cerrado, además contara con alarma sonora
cundo la concentración de gases supere el nivel permitido. Tendrá un LCD para
visualizar el porcentaje de la combustión.
El sistema tendrá dos ventiladores para el control de los gases, uno será como
ventilador y otro como extractor, los cuales serán controlados proporcionalmente.
El prototipo está enfocado en la detección de gas natural, gas propano y el
monóxido de carbono, ya que son gases combustibles.
25
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1 MARCO TEORICO CONCEPTUAL.
2.1.1 Sistemas de control
Un sistema de control está conformado por un conjunto de elementos relacionados
entre sí, que ofrecen datos de salida dependiendo de los datos de entrada que
tengamos. Los componentes básicos de un sistema de control son:
• Objetivos de control
• Componentes del sistema de control
• Resultados de salida
A su vez los sistemas de control se dividen según su aplicación en:
• De lazo cerrado
• De lazo abierto.
2.1.1.1 Sistemas de control de lazo cerrado
En este sistema continuamente se está monitoreando o inspeccionando la señal
de error, la cual a su vez es aplicada al controlador para generar la señal de
control y tratar de llevar la señal de salida al valor deseado, es decir compara
continuamente la señal de salida con la de entrada y la corrige cuando es
necesario como se observa en la FIGURA 1. Este es el método mas utilizado en
las industrias y los diferentes sistemas de control pues nos mantiene constante la
señal de salida.
26
FIGURA 1 (SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO)
2.1.1.2 Sistema de control en lazo abierto
En estos sistemas de control la señal de salida no es monitoreada para generar
una señal de control es decir la señal de entrada o referencia es la única variable
que ejerce una acción de control sobre el valor de la variable de salida, en otras
palabras no se mide la señal de salida (variable controlada), ni se realimenta para
ser comparada con la entrada (señal de referencia), por lo tanto no utiliza
sensores para medir la variable controlada y a cada entrada de referencia le
corresponde una condición operativa fija como se observa en la FIGURA 2. Un
ejemplo muy claro es la máquina de lavar; las acciones de prelavado, lavado,
secado, etc., se cumplen con base en tiempos prefijados.
FIGURA 2 (SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO)
Controlador Planta q r
Controlador
Sensor
Planta q r
27
2.1.1.3 Generalidades de los sistemas de control
Los elementos básicos de los sistemas de control son:
• controlador del sistema
• Sensores (para medir la variable controlada)
• Interfaces o acondicionador de señal
• Actuadores
• Controles de actuador.
2.2 PARÁMETROS CLAVES EN EL CONTROL DE LA COMBUSTIÓN
El problema de la regulación de la combustión radica en el manejo de tres
parámetros primordiales que son: caudal de combustible, caudal de aire,
temperatura y composición de los productos de combustión. Por ende el manejo
de estos parámetros requiere de instrumentos de medida precisos, confiables y
económicos que nos permitan suministrar un control eficaz.
Es aquí donde la medición forma parte vital del proceso de control, por esta razón
la selección y puesta en marcha de instrumentos de medida debe hacerse de
forma adecuada y siguiendo algunos criterios de selección.
2.2.1 Medición de Caudal de Combustible.
A la hora de seleccionar un medidor de flujo de combustible se deben tener en
cuenta los siguientes aspectos:
• Es necesario conocer las condiciones del proceso, esto es la presión,
temperatura y flujos normales de operación, así como sus límites
máximo y mínimo de operación. También se debe conocer las
características del combustible que se desea medir como son
viscosidad, densidad (que pueden ser indicadas por quien vende el
28
combustible). Se debe conocer adicionalmente si el flujo es estable,
pulsante, variable, si la tubería en que se instalará el medidor tiene un
tramo recto apropiado, y las condiciones ambientales.
• Tecnología a utilizar, es decir qué tipo de medidor debemos usar