Calidad del Aire

Diseño e Implementación de un sistema de monitoreo de la calidad de aire en la Universidad de San Buenaventura

  • Tutor Semillero:
    • Javier Alejandro Sáenz Leguizamón - Contacto
  • Semilleristas
    • Cristian Felipe de Jesús Casallas Prieto - oc.ude.gobbsu.aimedaca|sallasacfc#oc.ude.gobbsu.aimedaca|sallasacfc
    • César Alejandro Rodríguez Cortés - oc.ude.gobbsu.aimedaca|czeugirdorac#oc.ude.gobbsu.aimedaca|czeugirdorac
    • David Santiago Mendez Olaya - oc.ude.gobbsu.aimedaca|ozednemsd#oc.ude.gobbsu.aimedaca|ozednemsd
    • Kevin Andrey Delgadillo Romero - oc.ude.gobbsu.aimedaca|ollidagledk#oc.ude.gobbsu.aimedaca|ollidagledk
    • David Enrique Galvis Reyn - oc.ude.gobbsu.aimedaca|sivlaged#oc.ude.gobbsu.aimedaca|sivlaged
    • Gustavo Alonso Poblador Parra - oc.ude.gobbsu.aimedaca|rodalbopg#oc.ude.gobbsu.aimedaca|rodalbopg
    • Esteban Daniel Fonseca Moreno - oc.ude.gobbsu.aimedaca|acesnofe#oc.ude.gobbsu.aimedaca|acesnofe

Líneas de Investigación:

  • Sistemas digitales
  • Comunicaciones
  • Análisis y procesamiento de Señales

Resumen

Este proyecto se enfoca en la medición de la calidad del aire en la universidad de San Buenaventura mediante una red de sensores inalámbrica, que estará compuesta por módulos de comunicación, tarjetas embebidas y otros componentes electrónicos, con el fin de adquirir la información que procesacada sensor para visualizarla en una interfaz y posteriormente en una página web, mediante un servidor que estará alojado en la tarjeta embebida Raspberry Pi; como parte primordial de la medición,es necesario identificar y entender el funcionamiento de los diferentes sensores y su viabilidad para implementarlos en la red finalmente se lograra una ponencia con una publicación de un artículo que especifique el desarrollo del proyecto y su implementación a futuro.

Planteamiento de la pregunta o problema de investigación

La calidad del aire ha estado decreciendo al paso de los años, debido a los grandes contaminantes producidos por diferentes causales, entre ellos residuos provenientes de industrias, contaminación producida por motores de combustión interna accionados con derivados del petróleo, gases contaminantes expulsados de vertederos de basura, explotación minera, entre otros. En Colombia los efectos invernaderos han causado un cambio bastante considerables en la climatología en la mayor parte del país, según estudios realizados por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM) los gases de efecto invernade3ro han aumentado debido a que en los sectores de industrias energéticas y de transporte se producen quemas de3 combustibles fósiles y quemas de biomasas. A causa de esto, se propone a responder a la siguiente pregunta: ¿cómo monitorear la calidad del aire en el campus de la Universidad de San Buenaventura?

Justificación

Actualmente en ciudades cuya concentración poblacional aumenta exponencialmente y no existe un control útil para la emisión de gases o agentes contaminantes existe un deterioro notable en la calidad del aire, Bogotá hace parte de este gran número de ciudades donde la calidad del aire está comenzando a tener efectos adversos en la salud de los ciudadanos. [1] claramente esto ha conllevado a una preocupación por parte de entidades de salud pública y protección al medio ambiente pero sus esfuerzos por disminuir este continuo aumento en la contaminación atmosférica no han sido suficientes. La contaminación atmosférica es un fenómeno complejo que involucra numerosas reacciones químicas y fotoquímicas, así como procesos dispersivos y sinergias de algunos componentes extraños a la composición normal de la atmosfera que provocan efectos perjudiciales para el medio ambiente y la salud con implicaciones negativas en lo social y económico. Por tal motivo es importante tener o desarrollar un sistema de información que permita a las autoridades tener un control en tiempo real delos índices de contaminación y así poder mitigar el impacto negativo de la contaminación en la población y poder pronosticar episodios críticos en la sociedad.[2] Hoy por hoy una persona promedio mantiene un 90% en espacios cerrados, lo cual implica que si existe una alta concentración de polución en sectores aledaños a los lugares donde dicha persona reside o labora su salud se verá mayormente afectada puesto que generalmente el aire en dichos sitios tiene un mayor estancamiento y el flujo de aire limpio es muy poco[3], fuera de todos los contaminantes que generan los carros y las fabricas el mayor contaminante en recintos cerrados es el humo del cigarrillo, este humo es llamado por varios autores como humo de segunda mano, dicho humo contiene más de 4000 compuestos químicos y se sabe que por lo menos 60 de estos compuestos son causantes de cáncer, problemas cardiacos, problemas respiratorios, infecciones en niños, entre otras.[4] la posibilidad de tener mayor información con respecto a la calidad del aire en sitios cerrados y poder tomar medidas preventivas para evitar la acumulación de estos gases tóxicos así como tener a toda la población afectada informada al respecto puede mejorar la vida de las personas.[5] Actualmente en el mundo existen varios sistemas de redes compuestas fijas de monitoreo de la calidad del aire, México por ejemplo, para el 2007 contaba con 47 estaciones fijas de monitoreo atmosférico enciudad de México, Beijing de igual manera cuenta con un sistema de monitoreo que cumbre un área de 100Km2, Londres en 1993 estableció su red de monitoreo, en el estado de California en Estados Unidos cuenta con 250 estaciones para mediciones meteorológicas, todas estas ciudades ya tienen clara la relevancia que tiene constituir un sistema para verificar la calidad del aire y con eso poder crear un plan de acción para disminuir los efectos nocivos que conlleva una contaminación atmosférica en la salud humana. [1]

Objetivos

  • Objetivo General:
    • Implementar un sistema de monitoreo de la calidad del aire en la Universidad de San Buenaventura.
  • Objetivos específicos
    • Analizar las diferentes variables que afectan la calidad del aire.
    • Diseñar un prototipo para la adquisición de las variables relacionadas con la calidad del aire.
    • Desarrollar una base de datos mediante un sistema embebido para la recolección de datos obtenidos del prototipo.
    • Diseñar una interfaz para la visualización de la información almacenada en la base de datos.
    • Determinar los niveles de toxicidad de las variables identificadas con el fin de generar una alarma en el sistema.

Marco de referencia:

El proyecto de investigación esta concedido dentro de marco normativo legal, contenido la ley 1286 del 2009, la cual reglamenta el ejercicio de métodos científicos y tecnológicos, que debe observar todo desarrollo tecnológico de productos innovadores dentro del conocimiento y aplicación de la Ingeniería Electrónica para tener un servicio y mejorar la calidad de los seres humanos. Igualmente se observa el cumplimiento de la ley 842 de 2003, la cual reglamenta lo relacionado con el ejercicio de la ingeniería en los profesionales y el código de ética de los profesionales, es decir que este reglamento se habla sobre los requisitos para ser profesional de la ingeniería y conocer los deberes y las obligaciones de esta actividad. En otras palabras, el presente proyecto se tiene considerado el tema normativo expedido por el Ministerio de Telecomunicaciones en especial normado por las resoluciones números 689 de 2004,” por la cual se atribuyen unas bandas de frecuencias para su libre utilización dentro del territorio nacional, mediante sistemas de acceso inalámbrico y redes inalámbricas de área local, que utilicen tecnologías de espectro ensanchado y modulación digital, de banda ancha y baja potencia, y se dictan otras disposiciones.”; 797 de 2001, “por la cual se atribuyen unas bandas de frecuencias radioeléctricas para su libre utilización dentro del territorio nacional.”; y 2190 de 2003. “por la cual se adoptan medidas en materia del ordenamiento técnico del Espectro Radioeléctrico para utilizar radios portátiles de baja potencia y corto alcance de operación itinerante y se dictan otras disposiciones.”

Metodología

Para el desarrollo del proyecto de investigación se planea abordar los objetivos específicos de forma secuencial de acuerdo con la metodología CDIO.

Selección de componentes

Teniendo en cuenta las recomendaciones y reglamentación pertinente a la calidad del aire, y a su viabilidad para la implementación, se seleccionaran los dispositivos de medición adecuados para el sistema.

Diseño del equipo de medición

Una vez seleccionados los sensores apropiados se diseñará un prototipo en tarjetas de desarrollo para la adquisición de las variables identificadas anteriormente, el prototipo tendrá capacidad de procesar y transmitir la información inalámbricamente.

Red inalámbrica de sensores

Para este objetivo se realizará la implementación de una red inalámbrica mediante los transmisores Xbee, con protocolo 802.15.4, estos trabajan en la banda libre de 2.4GHz, y se escogieron para el proyecto por sus diversas ventajas como facilidad de uso, bajo consumo de energía y experiencia en el uso de los mismos por parte de los miembros del semillero de investigación.

Visualización

Se diseñará una interfaz para la visualización de la información mediante el uso de software libre, esto con el fin de evitar costos de licenciamiento de software, además se espera que la interfaz se ejecuteen un sistema embebido con Linux, el sistema deberá almacenar la información histórica de las variables y además encender una alarma en caso que los se presente algún riesgo para la salud humana.

Resultados esperados:

El presente proyecto de investigación se puede tomar como base para futuros desarrollos relacionados con las líneas de investigación, por tanto se espera entregar los productos relacionados en la siguiente tabla.

Productos esperados:

Productos resultados de actividades de Desarrollo Tecnológico e Innovación
Producto Esperado Categoría Peso Relativo
Ponencia evento Científico EC_A 10
Generación de Contenidos GC 5
Informe Final de Investigación IFI 2

Tipos de Impacto esperado a partir del uso de los resultados:

Aportes al impacto sobre el currículo de los programas de la facultad.

El currículo de ingeniería electrónica contempla dentro de la línea de Investigación en sistemas digitales, el uso de sistemas embebidos, por tanto se espera con este proyecto aportar nuevo conocimiento en cuanto al uso de estos dispositivos, esto mediante las habilidades adquiridas en las materias de electrónica digital, algoritmos y programación, programación orientada a objetos, microcontroladores, instrumentación industrial, comunicaciones analógicas y digitales, taller y herramientas CAD en electrónica y circuitos DC y AC.

Impactos en la calidad de vida de la población.

El objetivo del proyecto es realizar un monitoreo de la calidad del aire en un espacio público, de esta particularidad de aire depende la calidad de vida de los seres que transcurren continuamente en estos sitios, por lo tanto existe un gran impacto en las personas puesto que este continuo seguimiento al estado del aire permite tomar acciones y llegar a mejorar su condición, y así mejorar la condición humana

Cronograma de Actividades

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