UniversidadAutónomadel

EstadodeHidalgoInstitutodeCienciasBásicaseIngeniería

Guardian Fire

Evolution Presentado por

Escamilla Flores Jael

González Gómez Adán

López Gómez Nadia Zulema

Rivero Flores Leonel

Pachuca de Soto, Hgo. Enero-Junio 2017

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Introducción En esta presentación se registrará la creación de un sistema de alarma contra incendios

automatizado que ayude a las personas a prevenir accidentes por incendios y a cuidar de

recursos como el agua. Este tema es de mucha importancia ya que estamos en una

época en la que la preocupación por el medio ecológico es una cuestión principal, además

de que la actualización de cualquier sistema que preserve la vida de las personas debe

avanzar con el tiempo. Con esta investigación se pretende estudiar la utilidad de

automatizar los sensores de temperatura y de humo para que además de que realiza las

funciones convencionales, active un extractor y regule el tiempo en el que los aspersores

de agua estén encendidos.

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Contenido Introducción........................................................................................................................................1

Objetivogeneral..................................................................................................................................3

Objetivosespecíficos...........................................................................................................................3

Hipótesis..............................................................................................................................................3

Justificación.........................................................................................................................................3

Marcoteórico…………………………………………………………………………………………………………………………………3

ALARMASDEINCENDIOS................................................................................................................3

Detectordeionización................................................................................................................4

Detectorfotoeléctrico.................................................................................................................4

Detectortérmico.........................................................................................................................4

CONCECUENCIASDELOSINCENDIOS..............................................................................................5

SENSORES........................................................................................................................................5

Tiposdesensores........................................................................................................................5

• Sensordecontacto..........................................................................................................5

• Sensoróptico...................................................................................................................5

• Sensordetemperatura...................................................................................................6

• Sensormagnético............................................................................................................6

• Sensorinfrarrojo.............................................................................................................6

C++..................................................................................................................................................6

MICROCONTROLADOR/PIC.............................................................................................................6

COMPUERTALÓGICA......................................................................................................................8

NOR.............................................................................................................................................8

Desarrollodelproyecto.......................................................................................................................9

Materiales.................................................................................................................................12

Bitácora.....................................................................................................................................17

Glosario.............................................................................................................................................21

Conclusiones.....................................................................................................................................21

Bibliografía........................................................................................................................................22

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Objetivo general Construir un sistema de alarma anti-incendios mediante sensores térmicos que

controlaran a los rociadores de agua cuidando que en cuanto se detecte la temperatura

indicada detengan el flujo de agua para evitar que se desperdicie; además de un sensor

de gas que activará un extractor para liberar el espacio del humo, ambos sensores

activarán luces que indicarán en dónde se encuentran los extintores.

Objetivos específicos • Calibrar correctamente la sensibilidad del sensor de humo.

• Reducir la cantidad de agua utilizada para apagar el incendio.

• Automatizar el encendido y apagado del rociador y extractor del sistema de alarma.

• Mediante un led indicar donde se encuentran colocados los extintores.

Hipótesis El sistema de alarma anti-incendios funcionará mediante dos sensores (de temperatura y

de humo) previamente programados, ya que estos activarán los aspersores y los

extractores, que controlarán el tiempo en el que estén activos.

Justificación A través de diferentes investigaciones acerca de las distintas problemáticas que se

pueden presentar durante un incendio en una habitación cerrada, con este proyecto se

disminuirá el riego de que las personas presentes en la habitación afectada, mueran por

riesgo de asfixia y habrá un ahorro en el consumo de agua que será utilizada por los

aspersores provocando que el incendio se combata más rápido, sea ecológico y el

número de muertes disminuya o sea nulo. Por lo tanto mediante este proyecto se busca

mejorar el sistema de alarma contra incendios siendo más eficaz y de mejor calidad

contribuyendo a que las empresas o personas particulares que utilicen el sistema se

sientan confiadas de que el porcentaje de perdida material sea el mínimo durante un

incendio a la vez de que no se pierdan vidas humanas.

ALARMAS DE INCENDIOS Las alarmas de incendios son sistemas que ayudan a prevenir o alertan a las personas de

la presencia de un incendio.

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Generalmente las alarmas están conectadas al suministro de agua del edificio en el que

se encuentran, por lo que al ser activados los aspersores el agua sigue corriendo hasta

que alguien desactive la alarma una vez controlado el fuego.

Dentro de los detectores de incendios más comunes tenemos:

Detector de ionización Los detectores de ionización usan una corriente eléctrica para crear iones (átomo que

queda cargado) de carga positiva en el aire, cuando el humo del fuego interfiere con la

corriente creada se activa la alarma que alertará de la presencia del fuego.

Detector fotoeléctrico Estos detectores trabajan con haces de luz por lo que cuando el humo del fuego entra en

contacto dispersa las partículas de la luz y activa la alarma. Ya que el haz de luz detecta

en línea es recomendable encontrar un buen ángulo para optimizar el campo de detección

del incendio.

Detector térmico Este tipo de detectores actúan cuando la temperatura del espacio donde se encuentra

excede a un límite ya establecido. Como este tipo de detectores tardan en reaccionar es

necesario acompañarlos con otro tipo para optimizar la eficacia de la alarma.

Alarmadeincendios

(ISEMSA,2008)

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CONCECUENCIAS DE LOS INCENDIOS Según estudios el 75% de las muertes en incendios se debe a la inhalación del humo que

es una mezcla de partículas en combustión y gases. Al intoxicarse por el humo no solo se

afecta la respiración, las altas temperaturas puede causar quemaduras internas que

inflamarán las cavidades nasales obstruyendo el flujo de aire a los pulmones y dificultando

que el organismo filtre el oxígeno a la sangre.

Asfixiaporhumo

(UniversitatdeValencia,2003)

SENSORES Como se citó anteriormente la mayoría de estos sistemas actúan mediante sensores, que

son dispositivos con la capacidad de transformar una señal de cualquier tipo como la

temperatura, presión, etc. En una señal eléctrica para poder ser detectada por un sistema

de control que dictará la reacción que debe tener el aparato.

Los sensores más utilizados en las alarmas de incendio son los que detectan determinada

temperatura para poder ser activados o los sensores que reconocen un cambio en la luz

producto del humo del fuego.

Tipos de sensores • Sensor de contacto: Detectan el final o el límite de la posición de un componente

mecánico.

• Sensor óptico: Detectan la presencia de un objeto que se interpone en el haz de

luz del sensor.

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• Sensor de temperatura: Los termistores son resistencias afectadas por la

temperatura, dependiendo de qué tipo sea interrumpirá o permitirá el paso de la

corriente en el circuito.

• Sensor magnético: Detecta los campos magnéticos generados ya sea por

imanes o por corrientes eléctricas.

• Sensor infrarrojo: Las ondas electromagnéticas con una frecuencia muy baja

para nuestros ojos son llamadas infrarrojos. Estos sensores contienen diodos

(válvula eléctrica usada para rectificar la corriente del circuito) que producen luz

infrarroja y transistores (dispositivo que regula el flujo de la corriente) que la

detectan. Este sensor activa su alarma cuando el diodo y el transistor no están en

la posición correcta para realizar una comunicación, es decir la luz infrarroja no es

detectada por el transistor o existe otro ente que la obstruya.

Sensorinfrarrojo

(DIWO,2014)

C++ C++ es un lenguaje de programación que permite controlar objetos mediante

instrucciones.

MICROCONTROLADOR/PIC Un microcontrolador es un circuito integrado que puede ser programado para que realice

una o varias tareas ya establecidas, en este caso contendrá el programa que controle el

extractor y el rociador una vez que sean activados los sensores de temperatura y humo,

además de encender los LED´s que indicaran donde estén posicionados los extractores.

Para que este PIC funcione se necesita integrarle un programa, en este caso en lenguaje

C++, y posteriormente integrarlo a nuestro circuito programador o “físico”.

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Los PIC’s tienen muchas ventajas, entre las que destacan la compactación de los

programas con los que trabajan, la rapidez de ejecución que tienen ya que trabajan en

frecuencias de 200MHz y pueden realizar 5 millones de instrucciones por segundo, son de

diversos tamaños dependiendo para qué sean necesarios pero sin disminuir o aumentar

su estructura básica, pero sobre todo tienen un costo muy bajo.

El PIC que se utilizará será el 16F877A, ya que es el más fácil para manipular e

interactuar.

PIC16F877A

(Tecnologia robotica, 2013)

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Datos del PIC

(Microcontrollers Lab, 2015)

COMPUERTA LÓGICA Una compuerta lógica es un dispositivo que contiene una función booleana, es decir una función que trabaja con valores binarios (0 y 1).

NOR Es una compuerta lógica que trabaja como una suma con valores negados.

A B Salida 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Tabla1.TabladeverdaddelacompuertaNOR

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Desarrollo del proyecto

• Se realizó el programaenPICC, especificando60°C como límitemáximoendonde seiniciaríaelsistema,activandolosLED’syelaspersor.

• SerealizólasimulaciónenProteus,cargandoelprogramaenelPICparaversihabíaalgúnerrordecódigo.Alcargarlosedeterminóqueelsistemafuncionabacorrectamente.Porloqueseprocedióarealizarelcircuitoenfísico.

• SeconectóelPICa laprotoboard.Seconectaron lasresistenciasy losLED’sa lassalidasdel PIC especificados (pin 4 y pin 5), dejando la salida del extractor libre. Se compilómedianteunMOCyunTIC,paraconvertirlacorrientealternaacorrientedirecta.

• Posteriormenteseprocedióadiseñarelcircuitoparaelsensorláser.Seutilizóunláseryunafotorresistencia,seconectaronaresistenciasyaunTIP122(transistor)paragenerarunaretroalimentación.

• Debido a algunos problemas con el sensor de temperatura, se optó por realizar otrocircuitoconsensoresinfrarrojos.

• Parahacerelsensorinfrarrojo,seutilizaronundiodoreceptoryunemisorysecolocaronencontradosparaqueexistieraunaconexión.SeconectóunacompuertaNORparaquesegeneraraun0lógicocuandoserompieralaconexiónentrelosdiodosyseencendieraunLED;ademásseconectóunpotenciómetroparacalibrarelsensor.

• Serealizaronpruebasconambossensores.• Sesoldaronloscomponentesenunaplaca.,anexandoahoraelextractoralsensorlásery

elaspersoralsensorinfrarrojo.• Seconstruyólamaquetadeunacasamediantetriplay.• Seinstalaronlasplacasenlamaqueta.

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25cm 25cm 25cm 25cm

25cm 25cm

30cm

30cm

30cm

30cm

19.5cm

19.5cm

19.5cm

19.5cm

15cm

15cm

15cm

15cm

15cm

25cm 25cm 25cm

12.5cm 12.5cm

25cm

25cm

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Calcular el campo magneto en el motor de la bomba con una longitud de 75cm, un radio de 5cm y que tiene 2000 vueltas del alambre por el cual fluye la corriente de 5A en el origen.

𝐻 = !"!!(𝑐𝑜𝑠𝜃2 − 𝑐𝑜𝑠𝜃1)

𝜃1 = !! 𝜃2 = tan!! !

!"= 3.81°

𝐻 =2000 5𝐴2 0.75𝑚

cos 3.81° − cos 90° =10𝑥10!𝐴0.75𝑚

0.997 = 13.293𝑥10!𝐴𝑚

𝐻 = 13.293𝑥10!𝐴𝑚

x

y

α

x x xxx

y

xΘ1

Θ2

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Materiales • PIC16f877A • LM35 DZ • Oscilador de 4MHz • Compuerta NOR • Compuerta NOT • Compuerta OR • MOC’s • Resistencias • Capacitores • Extractor • Aspersor • LED’s • Láser • Push button • Protoboards • TIC’s • TIP • Fotorresistencia • Infrarrojo (Diodo emisor y receptor • Fuentes de alimentación • Potenciómetro • Triplay

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14

15

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Sensorinfrarrojo(corta)

Aspersor(On)

LED(On)

Sensorláser(LDRdetecta)

Extractor(On)

LED(On)

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Bitácora El 28 de febrero se inició la investigación para el marco teórico.

El 2 de marzo se comenzó a trabajar en la redacción del escrito, finalizando el 15 de marzo.

El día 17 de marzo se entregó un adelanto y se realizaron correcciones al documento.

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El día 26 de abril se trabajó en el programa hecho en PIC C, que contiene las instrucciones para que el aspersor y el LED verde se activen cuando la temperatura es mayor o igual a 60°.

El día 4 de mayo se conectó el LED verde al PIN 5 del PIC, en el PIN 4 se conectó el LED rojo y se determinó la entrada para el LM35.

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El día 5 de mayo se trabajó en el escrito del proyecto y se discutió sobre la maqueta que se usaría para presentarlo.

El día 8 de mayo se realizó el circuito para el sensor de humo, que consiste en un láser y una fotorresistencia, cuando la fotorresistencia detecta un reflejo en la luz se activará el extractor, el LED y el buzzer que producirá un sonido de alarma.

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El día 9 de mayo se realizaron pruebas con el sensor de humo, concluyendo con éste. Además grabamos los PIC’s con el código para el sensor de temperatura.

El día 11 de mayo se montó el circuito físico para el sensor de temperatura pero debido a algunos problemas optamos por armar un sensor infrarrojo mediante la compuerta NOR. Con este nuevo sensor determinamos que si el humo no es muy denso, será detectado por el sensor láser ya que el humo blanco refleja la luz del láser siendo detectada por la fotorresistencia que activa el extractor; si el humo es muy denso será detectado por el sensor infrarrojo ya que el humo rompe la conexión del diodo emisor y receptor provocando la activación del aspersor.

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Glosario Acoplamiento: Conexión entre dos circuitos eléctricos, con transferencia de energía de uno a otro.

Alarma: Mecanismo que, por diversos procedimientos, tiene por función avisar de algo.

Aspersor: Mecanismo destinado a esparcir un líquido a presión.

C++: Lenguaje de programación.

Compuerta lógica: Una compuerta lógica es un dispositivo que contiene una función booleana.

Diodo: Válvula electrónica de dos electrodos que solo deja pasar la corrienteen un sentido.

Extractor: Aparato o pieza de un mecanismo que sirve para extraer.

LED: Diodo semiconductor que emite luz cuando se le aplica tensión.

PIC: Un microcontrolador o PIC es un circuito integrado que puede ser programado para que realice una o varias tareas ya establecidas.

Sensor: Dispositivo que detecta una determinada acción externa.

Sistema:Conjunto de cosas que relacionadas entre sí ordenadamente contribuyen adeterminado objeto.

Conclusiones El sistema funciona mediante la detección de humo por medio de un sensor láser y un sensor infrarrojo.

El sensor láser activa el extractor cuando la fotorresistencia capta el reflejo del mismo láser producido por el humo menos denso.

El sensor infrarrojo activa el aspersor cuando la conexión entre el diodo emisor y el receptor se ve interrumpida por el humo.

Debido a problemas con el PIC o el circuito tuvimos que descartar el uso del sensor de temperatura, dejándolo para después como una mejora para nuestro sistema.

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Bibliografía

Alegret,S.,delValle,M.,&Merkoci,A.(2004).SensoresElectoquímicos.Cataluña.

DIWO.(8deDiciembrede2014).Recuperadoel3deMarzode2017,deDIWO:http://diwo.bq.com/programando-un-sensor-infrarrojo-en-bitbloq/

Garrido,A.(2006).FundamentosdeprogramaciónenC++.Madrid:Delta.

ISEMSA.(5deoctubrede2008).Recuperadoel3deMarzode2017,deISEMSA:http://www.isemsa.com/features/deteccion-y-alarma-de-incendios/

MicrocontrollersLab.(2015).Recuperadoel02deMarzode2017,deMicrocontrollersLab:http://microcontrollerslab.com/pic16f877a-introduction-features/

Pallás,R.(2003).Sensoresyacondicionadoresdeseñal.Barcelona:MARCOMBO.

Serna,A.,Ros,F.,&Rico,J.(2010).GuíaPrácticadeSensores.España:CreacionesCopyright.

Tecnologiarobotica.(marzode2013).Recuperadoel2demarzode2017,deFuente:https://www.tecnologiarobotica.com/post/microcontroladores/

UniversitatdeValencia.(2deEnerode2003).Recuperadoel3deMarzode2017,deUniversitatdeValencia:http://www.uv.es/sfpenlinia/cas/214_los_incendios.html

Valdés,F.,&Pallás,R.(2007).Microcontroladores:fundamentosyaplicacionesenPIC.España:Marcombo.