Resumen

En la actualidad  la mayor parte de la población mundial, tanto en los países desarrollados como en los países en vías de desarrollo, está expuesta a altos niveles de tóxicos ambientales, tanto es así que, en octubre de 2013, la OMS clasificó el aire contaminado como un cancerígeno humano dentro del Grupo 1.

En la ciudad de México se cuenta con altos niveles de contaminación que nos han hecho llegar a la fase 1 de contingencia ambiental atmosférica rebasando los 180 puntos del índice de calidad de aire, sumado a lo largos tiempo de traslado debido a la gran cantidad de automóviles que existen en el área metropolitana, hacen que respirar y estar expuestos por a estas sustancia toxicas se conviertan en un problema de salud que se pronostica aumentara de manera alarmante.

Atendiendo a esta problemática se diseñó y fabrico un dispositivo llamado puricar, que tiene la función de medir la calidad del aire y dependiendo de ella aspirarlo y pasarlo por una serie de filtros instalados dentro de este, para que se pueda mejorar dicha calidad, dicho dispositivo está pensado para un espacio reducido por lo que se propone para el uso dentro de un automóvil, este dispositivo es portátil y se carga por medio de puerto USB.

Puricar permitirá respirar aire de mejor calidad por lo menos dentro del automóvil, contribuyendo así al cuidado de la salud en general.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Los tóxicos ambientales son las sustancias introducidas en el medio ambiente que causan un efecto en los seres vivos y en el medio ambiente, o que si bien no causan un efecto directo tienen la capacidad potencial de causarlo.

Los efectos en la salud de los diferentes tóxicos ambientales dependerán de la dosis, del tiempo de exposición y de otros factores específicos de cada persona, puesto que no todo el mundo reacciona de la misma manera ante una misma exposición.

En la actualidad  la mayor parte de la población mundial, tanto en los países desarrollados como en los países en vías de desarrollo, está expuesta a altos niveles de tóxicos ambientales, tanto es así que, en octubre de 2013, la OMS clasificó el aire contaminado como un cancerígeno humano dentro del Grupo 1.

En la ciudad de México se cuenta con altos niveles de contaminación que nos han hecho llegar a la fase 1 de contingencia ambiental atmosférica rebasando los 180 puntos del índice de calidad de aire, sumado a lo largos tiempo de traslado debido a la gran cantidad de automóviles que existen en el área metropolitana, hacen que respirar y estar expuestos por a estas sustancia toxicas se conviertan en un problema de salud que se pronostica aumentara de manera alarmante.

Existen en el mercado una gran variedad de purificadores de aire, industriales o para el hogar, así como la implementación del mismo en los aires acondicionados. Sin embargo no así para el uso dentro de un automóvil que es donde mayor cantidad de aire contaminado se puede respirar.

Antecedentes

Un purificador de aire es un dispositivo que elimina los elementos contaminantes, tóxicos, humos, partículas, presentes y/o suspendidos en el aire. Los purificadores de aire para uso residencial se comercializan alegando poder ser beneficioso para asmáticos, alérgicos, personas con dermatitis atópica, sensibilidad química múltiple, encefalopatía miálgica, problemas cardiovasculares, etc. Los purificadores de aire de calidad comercial se fabrican como una pequeña unidad autónoma, por lo tanto unidades más grandes se pueden colocar en una unidad controladora de aire (UCA) o a una unidad de aire acondicionado que se encuentra en las industrias médicas, comerciales e industriales. Es importante verificar que tenga el aval de alguna sociedad médica.

Técnicas de purificación

Varios procesos diferentes de variable eficacia pueden utilizarse para purificar el aire. Diferentes procesos pueden quitar diferentes contaminantes, así que hay ventajas en el uso más de un proceso en un purificador.

• Irradiación

La Irradiación germicida ultravioleta -IGUV puede utilizarse para esterilizar el aire que pasa por lámparas UV mediante el aire forzado. También se ha comprobado que la luz UVG produce ozono el cual no es sano para la salud de las personas, por lo que es importante pase antes por un sistema de filtrado HEPA.

• Filtros

La Purificación basado en el filtro atrapa partículas aerotransportadas por la exclusión de su tamaño. El aire es forzado a través de un filtro y partículas son físicamente capturadas por el filtro. Los filtros HEPA quitan al menos un 99.97 % de partículas de 0,3-particulas micrómetros y son generalmente más eficaces para partículas que son más grandes o ligeramente más pequeños. Ellos son eficaces al 0,01 micrómetro en muchos casos, pero son ineficaces para partículas más pequeñas que un micrómetro de 0,01. En ambientes polvorientos, un filtro HEPA puede ir detrás de un filtro convencional de fácil limpieza (prefiltro), que quita las impurezas mayores para que el filtro HEPA necesite limpieza o sustitución con menos frecuencia. Los filtros HEPA no generan ozono o subproductos perjudiciales

• Carbón activado

El carbón activado es un material poroso que puede absorber sustancias químicas volátiles sobre una base molecular, pero no elimina partículas más grandes. El proceso de absorción cuando se utiliza carbón activado debe alcanzar equilibrio, por lo tanto, pueden ser difícil de eliminar completamente los contaminantes. Es simplemente un proceso de cambiar contaminantes de una fase gaseosa a una fase sólida, cuando pueden generarse contaminantes agravados o alteraciones en el aire en interiores orígenes. El carbono activado puede utilizarse a temperatura ambiente y tiene una larga historia de uso comercial. Normalmente se utiliza junto con otra tecnología de filtro, especialmente con HEPA. Otros materiales también pueden absorber los productos químicos, pero al costo más elevado.

Un filtro de aire es un dispositivo que elimina partículas sólidas como por ejemplo polvo, polen y bacterias del aire. Los filtros de aire encuentran una utilidad allí donde la calidad del aire es de relevancia, especialmente en sistemas de ventilación de edificios y en motores tales como los de combustión interna, compresores de gas, compresores para bombonas de aire, turbinas de gas y demás.

Algunos edificios, así como aeronaves y otros entornos creados por el hombre (ej. satélites o lanzaderas espaciales) utilizan filtros a partir de espuma, papel plegado, o fibra de vidrio cruzada. Otro método usa fibra o elementos con carga eléctrica estática, que atraen las partículas de polvo. Las tomas de aire de motores de combustión interna o de compresores suelen usar fibras de papel, espuma o algodón. Los filtros bañados en aceite han ido desapareciendo. La tecnología para los filtros en las tomas de aire de turbinas de gas ha avanzado significativamente en los últimos años, gracias a mejoras en la aerodinámica y dinámica de fluidos de la parte del compresor de aire de las turbinas de gas.

Filtros de aire para sistemas de climatización

Hay cuatro tipos principales de materiales usados para los filtros de aire mecánicos: papel, espuma, fibras sintéticas y algodón.

Los filtros de aire se encuentran en la mayoría de sistemas de flujo de aire forzado (climatización). La eficacia de los filtros de aire en tales sistemas influye de forma significativa en la calidad del aire en el interior. El estándar recomendado por la industria de la construcción, así como las directrices de gobiernos como el de los Estados Unidos, recomiendan el uso filtros de aire que cumplan unos requisitos mínimos.

Dado que la eficacia desciende bajo un determinado nivel de suciedad, los filtros requieren mantenimiento. Hay diferentes tipos de filtros disponibles para sistemas de climatización. Muchos de ellos son económicos pero no muy eficientes. Muchos de los filtros ensamblados dentro de los conductos en los edificios para climatización están hechos de fibra de vidrio cruzada. Estos filtros no son caros, son desechables, y están disponibles en diferentes densidades y tamaños. Los filtros de baja densidad permiten un mayor flujo de aire, pero filtran menos suciedad. Por otro lado, los filtros de alta densidad retienen más partículas pero permiten un flujo de aire menor y por ello se ensucian antes.

El poliéster o la fibra de vidrio se usan frecuentemente para la fabricación de filtros de aires. Ambos materiales son adecuados para temperaturas de hasta 120°C, y su uso es común en aplicaciones residenciales, comerciales e industriales. El poliéster y la fibra de vidrio pueden mezclarse con algodón u otras fibras para producir un amplio espectro de características del material. En algunos casos el polipropileno, de menor tolerancia a altas temperaturas, se usa para mejorar la resistencia química. Unas diminutas fibras sintéticas conocidas como microfibras se usan en muchos tipos de filtros del tipo High Efficiency Particulate Air, HEPA (al español, “Aire de Partículas de Alta Eficiencia”).

Los filtros para climatización pueden ser:

• Filtros de alta velocidad o filtros planos: están montados perpendicularmente a la dirección del paso del aire lo que origina una velocidad de paso relativamente alta, teniendo por lo tanto, baja eficacia de filtración. Son los más baratos. También se llaman prefiltros. Estos filtros están formados, habitualmente, por un marco de cartón estable, resistente a la humedad y una manta filtrante. La manta filtrante tiene una gran superficie de filtración permitiendo que el polvo, que el aire lleva en suspensión, quede retenido en sus pliegues, con lo que se obtiene una gran acumulación de polvo con reducida perdida de carga y un tiempo mayor de duración de los filtros.
• Filtros de baja velocidad o filtros de bolsas: están montados en ángulo respecto a la dirección del aire que pasa a través de ellos. Su velocidad de paso es menor que en el caso anterior y su superficie mayor, siendo por lo tanto más eficaces. También se llaman filtros de bolsas y están formados por un marco frontal de plástico y cada una de las bolsas de fibra química, fibra sintética o fibra de vidrio.
• Filtros rotativos: en estos filtros la materia filtrante se desplaza entre dos bobinas, de las que en una se enrolla la manta filtrante y en la otra se recoge la ya utilizada. El arrastre se realiza por medio de un motor que está activado por un presostato diferencial que detecta la caída de presión del aire cuando el filtro está sucio.
• Filtros de alta eficacia: también llamados filtros compactos debido a su forma. Tienen una eficacia superior al 99%. Suelen ir antecedidos de prefiltros para alargar su vida. Sus usos típicos son en; electrónica y salas de ordenadores, áreas de producción farmacéuticas, laboratorios de investigación, hospitales, ventilación industrial y filtración preliminar para los filtros de aire de partículas.
• Filtros electrostáticos: en estos filtros el aire pasa entre unas placas paralelas a la dirección del mismo, entre las que hay un fuerte campo electrostático de ionización. Las partículas contaminantes ionizadas se depositan a la salida en otra serie de placas.
• Filtros de carbón activado: estos filtros se usan para eliminar olores y gases. Son filtros caros.
• Filtros absolutos: son los filtros de más alta eficacia y se utilizan generalmente en quirófanos y salas blancas. El montaje se realiza como última etapa de filtración en, filtros de techo, filtros de pared, zonas de trabajo limpias y en los propios difusores, en los cuales junto a la alta exigencia de la pureza el aire, se exige también una difusión del aire controlada. Por ejemplo impulsión de aire por flujo laminar

Objetivo

General:

• Diseñar y fabricar un dispositivo, capaz de medir la calidad de aire y dependiendo de esta limpiar dicho aire, dentro de un espacio pequeño en caso específico dentro de un automóvil.

Específicos:

• Diseño compacto y portátil del prototipo
• Fabricación económica y viable

Justificación

Actualmente debido al incremente del uso del automóvil hay altos niveles de contaminación, los tiempos de traslado han aumentado y seguirán aumentando, por lo que se tiene una alta exposición al sustancias toxicas una de ellas el aire, respirar este aire contaminado por altos periodos de tiempo provoca enfermedades que van desde respiratorias hasta cáncer.

Por todo esto reducir el tiempo de exposición y respiración de aire de mala calidad es de gran beneficio para la salud.

Hipótesis

El diseño y fabricación de un dispositivo que mide y filtra el  aire, será de gran ayuda en la reducción de enfermedades causadas por la mala calidad del aire, ya que asegurar que por lo menos en el tiempo que se está dentro de su auto se respire aire limpio.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales:

1. Filtros
2. Ventiladores
3. Leds
4. Arduino
5. Sensores

La metodología utilizada para el diseño y fabricación de puricar está conformada por las siguientes actividades:

1. Diseño del producto
2. Diseño electrónico
3. Dibujos en CAD
4. Diagramas y simulaciones
5. Fabricación y ensamble de elementos
6. Conexiones electrónicas
7. Pruebas del prototipo
8. Validación del funcionamiento.

Galería Método

Resultados

Después de los diseños pertinentes y la fabricación del dispositivo se realizaron pruebas obteniendo resultados satisfactorios, ya que el dispositivo mide la calidad del aire y si esta es mala empieza a filtrarlo para poder aumentar su calidad.

Galería Resultados

Discusión

El dispositivo es portátil y de un tamaño aceptable para ir dentro de un automóvil, tiene conexión USB por lo que se puede conectar perfectamente a través de un adaptador al automóvil.

Conclusiones

Este dispositivo es viable técnica y económicamente, ofrece grandes beneficios sobretodo para la salud.

Los principales beneficios son:

1. Reducir el alto índice de contaminación dentro de los automóviles.
2. Conservación del medio ambiente y del equilibrio ecológico.
3. Desarrollo sustentable.
4. Salud en la sociedad.

Bibliografía

ADAME, A., 2010. CONTAMINACIÓN AMBIENTAL Y CALENTAMIENTO GLOBAL. PRIMERA ed. MEXICO: TRILLAS.

REYES, F., 2015. ARDUINO APLICACIONES EN ROBÓTICA MECATRÓNICA E INGENIERÍAS. PRIMERA ed. MEXICO: ALFAOMEGA.

Wikipedia, 2016. [En línea]
Available at: https://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_de_aire

Wikipedia, 2016. [En línea]
Available at: https://es.wikipedia.org/wiki/Purificador_de_aire

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography