https://doi.org/10.35290/ro.v3n2.2022.583
Sistema purificador de ambientes para oficinas con
monitoreo mediante IOT
Office environment purification system with IOT monitoring
Fecha de recepción: 2022-03-23 • Fecha de aceptación: 2022-04-05 • Fecha de publicación: 2022-06-10
Edison Santiago Topa1
Investigador independiente, Ecuador
edisonsantiagots@hotmail.com
https://orcid.org/0000-0002-8995-0840
Patricia del Rocío Rodríguez Fiallos2
Ministerio de Educación Distrito 18D02, Ecuador
patriciad.rodriguez@educacion.gob.ec
https://orcid.org/0000-0002-5213-1008
Juan Miguel Sánchez Toapanta3
Transport &;Technology
juansan010@yahoo.es
https://orcid.org/0000-0002-5704-9513
Resumen
Este trabajo presenta el desarrollo de un sistema purificador de ambientes automatizado
para oficinas de 30 metros cuadrados y con monitoreo mediante una plataforma de
Internet de las cosas (IoT). La aplicabilidad del proyecto está orientada a que pueda
utilizarse en diferentes entornos con el fin de mitigar los efectos del SARS-CoV-2. El
sistema procesa la información, la almacena y la envía hacia la herramienta IoT,
thinger.io. Esta plataforma despliega los datos de temperatura, humedad y
concentración de ozono para establecer las curvas de operación y los tiempos de trabajo
del equipo. Así, es posible para los usuarios acceder y verificar la información desde
cualquier lugar con una conexión a internet. Además, el monitoreo se puede realizar
desde diferentes dispositivos como computadoras, tabletas o smartphones. Luego de las
pruebas de funcionamiento realizadas, los resultados muestran una eficiencia del 100%
en cuanto a la operación, conectividad y almacenamiento de datos.
Palabras clave: covid-19, ozono, Internet de las Cosas, automatización
Abstract
This work presents the development of an automated environment purification system
for offices of 30 square meters with monitoring through an Internet of Things (IoT)
platform. The applicability of the project is oriented to be used in different
environments in order to mitigate the effects of SARS-CoV-2. The system processes the
information, stores it and sends it to the IoT tool, thinger.io. This platform displays
temperature, humidity and ozone concentration data to establish operating curves and
equipment working times. Thus, it is possible for users to access and verify the
information from anywhere with an internet connection. In addition, monitoring can be
performed from different devices such as computers, tablets or smartphones. After the
performance tests carried out, the results show 100% efficiency in terms of operation,
connectivity and data storage.
Keywords: covid-19, ozone, Internet of Things, automation
Introducción
El virus de la covid-19 aún sigue circulando en el Ecuador y con una mortalidad
promedio de 37 personas por día (Carriel et al., 2020). En Latinoamérica, Ecuador tiene
una alta tasa de mortalidad; el Instituto Nacional de Investigación en Salud, al mes de
septiembre de 2021, tiene 457.489 casos confirmados, y 21.545 personas fallecidas
vinculadas al virus (PNUD, s.f).
Investigadores como Grignani et al. (2020) y Sivakumar (2021) han realizado un
análisis general sobre el proceso de limpieza y/o desinfección y mantenimiento de la
buena calidad del aire en entornos no sanitarios, teniendo en cuenta la evidencia
científica de la persistencia del virus covid-19 en diferentes superficies y la eficacia de
los productos de limpieza para ambientes interiores. Se ha considerado la acción del
ozono para eliminación del virus covid-19. La desinfección de aire interior con ozono es
una práctica habitual en España; su uso es regulado por la correspondiente norma UNE
(Norma española UNE 400-201-94: Generadores de ozono. Tratamiento de aire.
Seguridad química), basada en las Recomendaciones de la Organización Mundial de la
Salud (OMS) y el Instituto de Salud e Higiene en el Trabajo (INSHT) (Junta de
Andalucía, 2020).
Este proyecto propone como medio de desinfección el ozono. “El ozono se produce
cuando las moléculas de oxígeno (O2) son disociadas por medio de una fuente de
energía produciendo átomos de oxígeno que posteriormente chocan con una molécula
de oxígeno para formar un gas inestable, el ozono (O3), que se utiliza para desinfección
del agua o aire” (Barrio de Vergara, 2015). Por otro lado, de acuerdo con Pizarro
(2019), el concepto de Internet de las Cosas (IoT) se basa en la conexión entre Internet y
objetos cotidianos. Estas interconexiones permiten enviar y recibir datos con numerosos
dispositivos como electrodomésticos, animales con chips o vehículos a través de la red,
sin necesidad de que participe un ser humano. Según estudios, se prevé que en 5 años la
cifra de estos objetos conectados se situará entre 25.000 y 50.000 millones, mientras
que actualmente está entre 6.000 y 8.000 millones (p. 16). En la cotidianidad, la
tecnología IoT se muestra en los teléfonos inteligentes y las tecnologías de conectividad
incorporadas, propician una nueva generación de hardware al incorporar sensores y
componentes que se conectan a Internet. Así, este trabajo integra tecnologías de IoT que
automatizan un proceso de desinfección de ambientes de 30 metros cuadrados mediante
el uso de ozono como desinfectante frente al coronavirus SARS-CoV-2. Como
plataforma IoT se utiliza thinger.io para la recepción, visualización y almacenamiento
de los datos enviados por los sensores incorporados en el equipo purificador.
Este documento se encuentra organizado de la siguiente manera: en la sección 2 se
indica la metodología utilizada en la presente investigación. La sección 3 presenta el
desarrollo del sistema purificador. En la sección 4 se muestran los resultados obtenidos
y, finalmente, en la sección 5, se presentan las conclusiones correspondientes.
Metodología
Este proyecto se desarrolló basado en una recopilación bibliográfica para fundamentar
la propuesta del equipo purificador; a la vez, se emplea el método experimental para la
construcción del equipo y realización de las pruebas de funcionamiento. La propuesta
del equipo purificador de ambientes se muestra en la Figura 1. A continuación se
describen brevemente los elementos esenciales:
- Generador de ozono. Está formado por cuatro elementos básicos: fuente de
energía, reactor, gas de alimentación y sistema de enfriamiento. Las
características que debe poseer cada uno de estos elementos son variables y
dependen del tipo de aplicación.
- Sensor de ozono. Como sensores electroquímicos y varían su resistencia
cuando se exponen a determinados gases.
- Sensor de humedad y temperatura. Utiliza un sensor capacitivo de humedad
y un termistor para medir el aire circundante, y muestra los datos mediante
una señal digital en el pin de datos.
- Comunicación Wi-Fi. El equipo purificador de ambientes se basa en el
módulo Node MCU, para operar el generador de ozono y permitir la
comunicación entre el dispositivo y la plataforma IoT.
- Control de operación. NodeMCU incorpora un módulo WiFi que permite
crear proyectos del IoT o sistemas inalámbricos. La tarjeta de control se
encargó de gestionar todas las entradas, salidas y cálculos necesarios para
hacer funcionar el programa incorporado basado en Arduino (Caicedo,
2017).
- Plataforma API. Thinger.io es una plataforma española de código abierto. Es
compatible con varios dispositivos, entre ellos Arduino, Raspberry Pi, Intel
Edinson o NodeMCU.
- Parámetros de operación. El equipo elaborado permite: generación de ozono
controlado por IoT, medición de parámetros de operación: temperatura,
humedad y concentración de ozono, transmisión de datos de operación por
Wi-Fi y capacidad de purificación: 30 m2.
- Acceso de información. IoT se basa en la conexión entre internet y objetos
cotidianos. Estas interconexiones permiten enviar y recibir datos con
numerosos dispositivos como electrodomésticos, animales con chips o
vehículos a través de la red. La plataforma thinger.io permite el acceso a los
datos suministrados en tiempo real a través de una computadora o un
teléfono inteligente.
Figura 1
Esquema de la Propuesta
-
El proceso del sistema electrónico se detalla en la Figura 2. Para facilitar la simulación,
diseño de placa y pruebas preliminares se utilizó el software Proteus (Hubor-Proteus,
2015a; 2015b).
Figura 2
Proceso de Diseño e Implementación de la Placa Electrónica
En cuanto a la selección de la plataforma IoT se tomaron como referencia ciertos
parámetros que garantizan interoperabilidad y soporte de diferentes funcionalidades. En
la Tabla 1 se indica la adaptabilidad de la plataforma thinger.io utilizada en este
Generador
ozono
Comunicaciòn
Wi-FI
Plataforma
API
Sensor
Temperatura
Control de
operaciòn
Parametros de
operaciòn
Sensor
Humedad
Sensor Ozono
Acceso de
informaciòn
proyecto, en comparación con la plataforma ThingSpeak, en donde existe una
diferenciación en cuanto a la escalabilidad que posee.
Tabla 1
Parámetros de adaptabilidad de dos plataformas IoT
Parámetro
ThingSpeak
Aplicación móvil
SI
Monitoreo Web
SI
Datos (tiempo real)
SI
Multiplataforma
NO
Escalabilidad
SI
Almacenamiento de
bases de datos
SI
El equipo purificador de ambientes se basa en el módulo Node MCU para operar el
generador de ozono, con capacidad de 10 mg/h. La operación del sistema de ozono debe
limitarse a las condiciones permisibles del ozono. Para la operación del circuito se
implementa un módulo relé para el accionamiento del generador y una luz de
advertencia durante el periodo de activación. En el equipo purificador se distinguen dos
módulos, el primero corresponde al sistema de control y operación del generador de
ozono, la operación y los datos medidos se visualizan en la pantalla LCD incorporada,
así como el botón para el encendido manual del equipo. En el segundo módulo se
ubican los sensores de temperatura, humedad y concentración de ozono. La calibración
del sensor se ejecuta con la programación en Arduino (Proserquisa, s.f).
2.1 Esquema electrónico del equipo purificador
Al operar el generador se energizan los sensores de temperatura y humedad y a la vez el
sensor de ozono, permitiéndose la medición de los parámetros, a medida que opera el
equipo purificador. En la Figura 3 se muestra el esquema electrónico del equipo
purificador.
Figura 3
Diagrama Electrónico del Equipo Purificador
Una vez implementado el circuito se realizaron pruebas de operación mediante un
protoboard, con el fin de identificar las condiciones de operación antes de elaborar el
circuito impreso para el armado final. En la Figura 4 se muestra el sistema purificador
implementado.
Figura 4
Generador de Ozono y Sensor de Ozono en Operación
Resultados
3.1. Prueba 1. Funcionamiento de los componentes
Los componentes del control del equipo purificador de ambientes se instalaron en una
placa impresa, acorde al diseño del circuito electrónico para el encendido del generador
de ozono y la comunicación Wi-Fi. Para comprobar la eficiencia de los componentes
incorporados se efectúan pruebas de efectividad para el encendido. En la Tabla 2 se
muestran los resultados de operación. Cada componente ensamblado es verificado por
medio de encendido (ON) y apagado (OFF), 100 veces, para comprobar el
funcionamiento.
Tabla 2
Comprobación de Componentes del Equipo Purificador
Elemento
Comprobación ON
Comprobación OFF
Sensor de temperatura y
humedad
100%
100%
Sensor de ozono
100%
100%
Pantalla LED
100%
100%
Generador de ozono
100%
100%
3.2. Prueba 2. Plataforma IoT
La plataforma para la ejecución y recepción de la información es thinger.io, que es
diseñada para admitir casi cualquier microcontrolador o dispositivo con capacidades de
comunicación. Se desarrolló la configuración del panel de control, base de datos y la
presentación de la información acorde a la información recibida de los sensores de
temperatura, humedad y concentración de ozono. En la Figura 5 se muestra una captura
de pantalla con la recepción de la información.
Figura 5
Conectividad con la Plataforma thinger.io.
Los resultados de la operación de la plataforma se tabulan en la Tabla 3, sobre la base
de los indicadores relacionados con los componentes de thinger.io.
Tabla 3
Comprobación de la Operación de la Plataforma IoT thinger.io
Indicador
%
Observaciones
Funcionamiento de ingreso al servidor
100
Funcionamiento apropiado
Conectividad
100
Funcionamiento sin interrupciones
Funcionamiento de interfase
100
Funcionamiento apropiado
Funcionamiento de almacenamiento
100
Funcionamiento apropiado. Se registran todos los
datos en el intervalo propuesto
Funcionamiento token-Aplicación móvil
95
Funcionamiento con retraso de conexión. La
conexión de móvil genera un retraso en la
recepción de datos acorde al lugar de ubicación del
celular.
3.3. Prueba 3. Monitoreo del equipo purificador
Esta prueba corresponde a la visualización y operación de la interfase en la plataforma
thinger.io. En la Figura 6 se muestra la interfase del monitoreo del equipo purificador
de ambientes. Así, se observa la variación de ozono, temperatura y humedad en el
tiempo.
Figura 6
Interfase del Equipo Purificador en la Plataforma thinger.io
La evaluación de la recepción de la información de los sensores se muestra en la Tabla
4.
Tabla 4
Información de los Sensores de Acuerdo con la Operación del Generador de Ozono
Hora
Temperatura
[°C]
Humedad
[%]
Ozono
[ppm]
Observaciones
17:34
22,7
65
60
Generador de ozono apagado hace 20 minutos
17.44
22,8
65
58
Generador de ozono apagado hace 30 minutos
17.54
23,1
67
10
Generador de ozono apagado hace 40 minutos
18.14
23,1
67
7,5
Generador de ozono apagado hace 50 minutos
18.34
24,6
59
208
Generador encendido - arranque
18:40
24,2
59
175
Generador encendido 6 minutos
19:40
24,2
59
175
Generador encendido 30 minutos
3. 4. Discusión
Los resultados obtenidos en cada una de las pruebas ejecutadas se analizan en la Tabla
5.
Tabla 5
Análisis de Resultados
Indicador
Eficiencia [%]
Observaciones
Operatividad de
componentes
100
El equipo prototipo funciona sin inconvenientes entre
el encendido y su aplicación
Plataforma IoT
99
Plataforma funciona correctamente, existe retrasos de
comunicación con aplicación móvil.
Datos de sensores
100
Los sensores funcionan correctamente al detectar las
variables físicas
Conectividad Wi- Fi
99
Conectividad apropiada, retrasos con aplicación móvil.
La generación de ozono está acorde al diseño del equipo purificador. La conectividad a
través de la tarjeta Node MCU, se ejecuta sin fallos, enviando los datos de los sensores
a la plataforma thinger.io, con una efectividad del 100%. Cada sensor mide las
propiedades sin error, acorde a la sensibilidad y rango de diseño disponible en las
especificaciones de este. La capacidad requerida de generación de ozono para áreas de
30 metros cuadrados es de 8,1 mg/h. No obstante, el equipo genera un 19% más,
logrando cubrir adecuadamente las áreas acordes a las mediciones efectuadas. La
codificación sobre la base de Arduino permite la operación de cada componente y el
enlace correcto a la IoT, alcanzando el control y el almacenamiento de datos del equipo
purificador de ambientes.
Conclusiones
Los sensores y componentes del equipo purificador de ambientes cumplen con los
parámetros de operación, alcanzando un 100% de efectividad desde el arranque del
equipo hasta la transmisión de datos a la plataforma thinger.io.
El diseño del software para el control del equipo generador de ozono basado en Arduino
con un sensor de ozono, sensor de temperatura y humedad satisface la operación del
equipo purificador, con una efectividad de 100% en la transmisión de datos desde el
equipo a la base de datos de la plataforma y el dispositivo móvil.
El sistema de monitoreo del equipo purificador utilizando thinger.io, permite mostrar la
concentración de ozono y operación del equipo, con un 99 % de efectividad para
conectividad, base de datos e interfase. Las pruebas de funcionamiento desarrolladas
permiten comprobar el alcance del proyecto dentro los parámetros medibles del equipo,
obteniendo un manejo desde la plataforma thinger.io y el dispositivo móvil con una
efectividad promedio del 99,5%.
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https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144289
Copyright (2022) © Edison Santiago Topa, Patricia del Rocío Rodríguez Fiallos y Juan
Miguel Sánchez Toapanta
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