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IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE ALARMA MULTIFUNCIONAL PARA RIESGOS NATURALES ENFOCADO A LA COMUNIDAD UNIVERSITARIA

PRESENTADO POR

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍA PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA 2019

IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE ALARMA MULTIFUNCIONAL PARA RIESGOS NATURALES ENFOCADO A LA COMUNIDAD UNIVERSITARIA

PROYECTO

DOCENTE

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍA PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA 2019

Tabla de contenido INTRODUCCIÓN............................................................................................................................8 1.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...............................................................................10

2.

JUSTIFICACIÓN...................................................................................................................10

3

BENEFICIOS.........................................................................................................................11 3.1

BENEFICIO SOCIAL:...............................................................................................11

3.2 BENEFICIO EMPRESARIAL:.....................................................................................11

4

5

3.3

BENEFICIO TECNOLÓGICO:.................................................................................11

3.4

BENEFICIO ECONÓMICO:.....................................................................................12

3.5

BENEFICIO AMBIENTAL:.......................................................................................12

OBJETIVOS...........................................................................................................................12 4.1

OBJETIVO GENERAL..............................................................................................12

4.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS......................................................................................13

ALCANCE Y LIMITACIONES............................................................................................13 5.1

ALCANCE..................................................................................................................13

5.2

LIMITACIONES.........................................................................................................14

5.3

DELIMITACIONES...................................................................................................14

6

ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE.........................................................................15

7

MARCO TEÓRICO...............................................................................................................17

7.1

ARDUINO UNO:.......................................................................................................17

7.3

MODULO SENSOR DE GAS MQ:...........................................................................19

7.4

SENSOR DE VIBRACION:.......................................................................................20

7.5

SENSOR DE TEMPERATURA Y HUMEDAD DHT11:..........................................21

7.6

MONITOR:.................................................................................................................22

8

MARCO LEGAL...................................................................................................................25

9

MARCO METODOLÓGICO................................................................................................29 9.1

IDENTIFICAR LOS DIFERENTES TIPOS DE RIESGOS EN LOS QUE SE

PODRÁ DESENVOLVER LA ALARMA............................................................................29 9.2 RECONOCER LOS COMPONENTES Y DISPOSITIVOS NECESARIOS PARA EL DESARROLLO DEL PROYECTO Y SU COSTO EN EL MERCADO PARA SU IMPLEMENTACIÓN............................................................................................................32 9.3 DISEÑAR EL CIRCUITO ESQUEMÁTICO DEL SISTEMA ELECTRÓNICO, LA PROGRAMACIÓN Y LA MAQUETA EN DONDE SE VA A ENSAMBLAR EL PROTOTIPO.........................................................................................................................33 9.4 CORROBORAR EL CORRECTO FUNCIONAMIENTO.............................................34 10

RECUROS FÍSICOS, HUMANOS Y FINANCIEROS........................................................34 10.1

RECURSOS HUMANOS.......................................................................................34

10.2

RECURSOS FÍSICOS............................................................................................34

10.3

RECURSOS FINANCIEROS.................................................................................35

11

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.................................................................................39

12

RESULTADOS Y DISCUSION.............................................................................................40 12.1

Desarrollo del circuito para la medición.................................................................40

12.2

Implementación del sistema....................................................................................41

12.3

Resultados obtenidos...............................................................................................41

13

CONCLUSIONES..................................................................................................................42

14

TRABAJOS FUTUROS.........................................................................................................43

REFERENCIAS.............................................................................................................................44 ANEXOS........................................................................................................................................47

LISTA DE TABLA

Tabla 1. Presupuesto global del proyecto por fuentes de financiación en (miles de $).............31 Tabla 2. Descripción de los gastos personales en (miles de $)..................................................32 Tabla 3. Descripción de los equipos a utilizar en (miles de $).................................................33 Tabla 4. Descripción de los equipos a utilizar en (miles de $)..................................................33 Tabla 5. Cronograma de actividades a realizar..........................................................................35 Tabla 6 Tipo de riesgos..............................................................................................................37 Tabla 7 Dispositivos seleccionados...........................................................................................38

LISTA DE IMAGENE

Figura 1. Arduino Uno....................................................................................................................18 Figura 2. Modulo sensor de Flama.................................................................................................19 Figura 3. Sensor de Gas MQ..........................................................................................................21 Figura 4. Sensor de Movimiento....................................................................................................22 Figura 5. Sensor De Temperatura y Humedad...............................................................................23 Figura 6. Pantalla LCD TFT...........................................................................................................25

INTRODUCCIÓN El ser humano siempre se ha movido por el impulso innato de satisfacer sus necesidades básicas, esto lo ha llevado a evolucionar para poder controlar, de cierta manera, su supervivencia. Sin embargo, también han surgido necesidades que ahora es imperativo satisfacer. Una de ellas es la seguridad. Los sistemas de seguridad han ido evolucionando conforme se van desarrollando nuevas tecnologías y los usuarios exigen mejores soluciones a sus problemas, con un menor tiempo de respuesta, con mayor eficiencia y con un mínimo de fallas. Los sistemas se dividen en generaciones para poder clasificar su operabilidad, esto garantizará al usuario la confiabilidad de que se cumplirán sus requerimientos con las últimas novedades tecnológicas de hoy en día [1]. Colombia al ser un país en estado de desarrollo no suele contar con las mejores infraestructuras que den fiabilidad a la seguridad de sus habitantes por eso en la mayoría de los sitios en donde se aglomeran muchas personas ya sean hospitales, universidades, colegios, algunos centros comerciales, etc. No suele haber protecciones o estos sistemas de alarma que de cierta manera ayuden a la comunidad a sentirse “seguros”. Existen una gran variedad de fabricantes que se encargan de realizar diferentes tipos de alarmas ellos se especializan en cierto tipo de peligro o riesgo natural ya sea fuego, humo, sismos, explosiones, etc. Por ello, nace la necesidad de realizar un sistema de alarma el cual sea capaz de detectar los diferentes tipos de peligros ya sean incendios, explosiones, sismos entre otros. En la universidad Francisco de Paula Santander en la ciudad de Cúcuta, enfocada a dar mayor seguridad a la comunidad universitaria dado que dentro de la infraestructura de está no se

encuentra algún tipo de sistema electrónico o alarma capaz de detectar o avisar ante algún posible riesgo para su comunidad lo cual hace que está quede expuesta ante cualquier peligro poniendo en riesgo la vida de cientos de personas. En este proyecto se plantea una solución al anterior problema, que se enfoca en implementar un modelo a escala de un aula o salón, en donde se situará este sistema de alarma en un sitio donde pueda funcionar de manera correcta.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Debido al creciente aumento en la población y el aumento de la infraestructura de la Universidad. Se busca implementar un sistema de alarma capaz de detectar los diferentes tipos de riesgos con el fin de generar seguridad a la comunidad universitaria. 2. JUSTIFICACIÓN Teniendo en cuenta la falta de un mecanismo más completo sobre cualquier tipo de riesgo natural, que ocurre en la universidad Francisco de Paula Santander y las limitaciones encontradas en los diferentes bloques de aulas, la idea del diseño de la alarma se fundamenta con el objetivo de crear y desarrollar un sistema ante cualquier tipo de riesgo , y por lo tanto se realizara este proyecto de la alarma que contara, con un circuito que activa un indicador sonoro cuando uno o más sensores, ubicados estratégicamente en puertas y ventanas, detectan un riesgo natural. Este mecanismo permite garantizar el bienestar a los estudiantes, así mismo se reducirán pérdidas generadas por este tipo de accidentes, también diseñar un tipo de alarma más completo el cual resulte más efectivo y se pueda implementar de manera sencilla sin provocar un costo material muy alto.

3 BENEFICIOS 3.1 BENEFICIO SOCIAL: Este mecanismo aportara varios beneficios para la comunidad estudiantil, tales como: 

La comunidad Universitaria se sentirá con mayores garantías de seguridad dentro del aula, lo cual aumenta su fidelidad en el uso de las instalaciones.



Mejora la rapidez de la atención en caso de una emergencia ya que este dispositivo contiene información útil del estado del salón.



Ayuda a la detección rápida de emergencias que se esté presentando en el aula. 3.2 BENEFICIO EMPRESARIAL:

El sistema implementado en la alarma requiere menos mantenimiento, menor costo en mantenimiento e instalación y excelente calidad. Tomando en cuenta la necesidad que hay en la identificación de alguna emergencia. 3.3 BENEFICIO TECNOLÓGICO: Muchas instalaciones sean públicas o privadas, siguen utilizando sistemas de alarma obsoletos y sin ningún tipo de ayuda tecnológica en donde está usa tecnología actual.

3.4 BENEFICIO ECONÓMICO: Uno de los beneficios del proyecto es el ahorro significativo de tiempo al usuario reflejando esto en la aceptación y disposición del alumno. Además, sus componentes son económicos y se pueden conseguir muy fácilmente. Contribuirá a disminuir el daño ocasionado en caso de cualquier desastre ya que este sistema de alarma enviara una alerta y se podrá tomar medidas en el momento. 3.5 BENEFICIO AMBIENTAL: Un beneficio de esta alarma es que al momento de alguna emergencia alertara de algún tipo de riesgo natural y así se podrá atender a este mismo evitando contaminación por humo o que los daños sean a mayor escala.

4

OBJETIVOS

4.1 OBJETIVO GENERAL Implementación de un sistema de alarma multifuncional para riesgos naturales enfocado a la comunidad universitaria. 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Identificar los diferentes tipos de riesgos en los que se podrá desenvolver la alarma.  Reconocer los componentes y dispositivos necesarios para el desarrollo del proyecto y su costo en el mercado para su implementación.  Diseñar el circuito esquemático del sistema electrónico, la programación y la maqueta en donde se va a ensamblar el prototipo.  Corroborar el correcto funcionamiento.

5

ALCANCE Y LIMITACIONES

5.1 ALCANCE El alcance del proyecto será de tipo correlacional, debido a que se analizará la variable tiempo inmersa en el proceso de desarrollo de sensores dentro de un aula, determinando de manera concreta por medio de un sistema de alarma multifuncional el espacio delimitado a ocupar. Se implementará para este prototipo un modelo de un aula con una infraestructura de tres paredes, simulando el ambiente de un salón. Se estima que este proyecto será desarrollado e implementado en un lapso aproximado de 4 meses. 5.2 LIMITACIONES 

Desconocimiento en el uso de sensores.



Tener conocimientos avanzados en lenguaje de programación.



Conocimientos técnicos en el área de ingeniería electrónica enfocado a la infraestructura de sistemas de alarmas.



Falta de fondos para realizar el proyecto.



Una de las limitantes de tiempo que impiden la ejecución del proyecto es la carga académica del semestre. 5.3 DELIMITACIONES El proyecto implementación de un sistema de alarma multifuncional para riesgos

naturales enfocado a la comunidad universitaria se desarrollará paras aulas de clase para la universidad francisco de paula Santander ubicada en la calle 0- a Avenida Gran Colombia No. 12E-96, Cúcuta, Norte de Santander. Este tendrá un proceso de ejecución que se desarrollará

durante los meses de febrero a junio, además, la implementación de este prototipo será en una maqueta con la finalidad de demostrar los diferentes sensores de alarma y demostrar un escenario perfecto para su funcionalidad; por consecuencia se requerirá el uso de componentes electrónicos y materiales como: 

Diferentes tipos de sensores adecuados para distintos escenarios.



Smartphone.



Arduino uno



Diferentes herramientas electrónicas.



Poliestireno.

6 ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE Título: "ELABORCION DEL PLAN DE EMERGENCIA EN LA EMPRESA TEOREMA SHOES, CON BASE EN EL SISTEMA DE SEGURIDAD EN EL TRABAJO SST" Autor: Diego Armando Guevara Paez (2017) Esta tesis diseñar un plan de emergencia en la empresa Teorema Shoes de Cúcuta, con base en el sistema de seguridad y salud en el trabajo [2]. Título: " PROYECTO DE PREVENCIÓN Y ATENCIÓN DE DESASTRES " Autor: Margarita Gómez Jiménez, Adriana Marín Bustamante, Luz Marina Sierra Gil, Wilton Betancur Escobar, Jorge Byron Uribe (2016) El objetivo fue dar a conocer un programa de Prevención y Atención de Desastres e implementar un Plan de Emergencia en el Centro Educativo, recurriendo a los implementos básicos para tal efecto. [3]. Título: " DISEÑO DEL PLAN DE EMERGENCIAS Y CONTINGENCIAS PARA LA PYME: PROYECTOS INTEGRALES SIMA S.A.S.” Autor: Angélica Johana Soto León, Luis Alexander Mora Pedraza (2017) el cual tiene como objetivo diseñar el Plan de Emergencias y Contingencias para la Empresa: Proyectos Integrales SIMA S.A.S. [4]. Título: " SISTEMA DE ALARMA DE INCENDIOS.” Autor: Jordi Bécares Ferrés (2012)

En este proyecto se ha desarrollado de un sistema de detección de alarma de incendios mediante WSN [5]. Título: " DISEÑO DE UN SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS PARA EL TEATRO DE BOGOTA DE LA UNIVERSIDAD CENTRAL.” Autor: Eddie Mauricio Luna Rivera (2012) Diseñar un sistema para la detección, verificación de alarmas y generación de señales de comando para el sistema de mitigación de incendios de un teatro construido hace más de treinta años basándose en las recomendaciones de las normas NFPA. [6].

7 MARCO TEÓRICO 7.1 ARDUINO UNO: Arduino Uno R3 es una placa electrónica de las muchas que tiene Arduino y con la que es muy fácil introducirse en el mundo de la programación electrónica, Arduino es una plataforma de código abierto (open-source) lo que permite realizar proyectos y modificaciones tanto de hardware como de software a cualquier persona sin ningún problema. [7]

Figura 1. Arduino Uno. [7]

7.2 MODULO SENSOR DE FLAMA: Un sensor de llama óptico es un dispositivo que permite detectar la existencia de combustión por la luz emitida por la misma. Esta luz puede ser detectada por un sensor óptico, y ser capturado por las entradas digitales y las entradas analógicas de Arduino o Raspberry. La llama es un fenómeno de emisión de luz asociado a los procesos de combustión. La combustión es un proceso que desprende grandes cantidades de energía en forma de calor. Durante la reacción se generan compuestos intermedios que liberan parte de su energía mediante la emisión de luz. El espectro de emisión de llama depende de los elementos que

intervienen en la reacción. En el caso de combustión de productos con carbón en presencia del oxígeno tenemos dos picos característicos en ultravioleta en longitudes de onda de 185nm260nm y en infrarrojo en longitudes de onda 4400-4600nm. Frecuentemente estos sensores constan únicamente de un sensor infrarrojo ajustado a 760-1100 nm. El ángulo de detección es de 60º, y la distancia de detección entre 0.40 m a 0.80. [8] Características técnicas: •

Voltaje de funcionamiento: 5V.

•

Salida AO: Es una salida análoga en tiempo real.

•

Salida DO: Es una salida digital (0 / 1) de alarma.

•

Tensión de trabajo: DC 3V - 5.5V.

•

Dimensiones: 3.5x1.5x1.4cm.

Figura 2. Modulo sensor de Flama.

[8]

7.3 MODULO SENSOR DE GAS MQ: Los sensores MQ están compuestos por un sensor electroquímico que varía su resistencia al estar en contacto con las sustancias. Los sensores de gases son dispositivos con alta inercia, es decir, la respuesta necesita tiempos largos para estabilizarse tras un cambio de concentración de los gases medidos. Ello es debido a la necesidad física de que el gas abandone el material sensible, lo cual es un proceso lento. Todos los modelos MQ disponen de un calentador necesario para elevar la temperatura del sensor, y que sus materiales adquieran la sensibilidad. Mientras el calentador no alcance la temp...