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Desarrollo de un prototipo para la detección de fugas de gas en tuberías. by Villa
Gianfranco is licensed under a Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirDerivadasIgual 3.0 Unported License.
UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE ELECTRÓNICA
DESARROLLO DE UN PROTOTIPO PARA LA DETECCIÓN DE FUGAS
DE GAS EN TUBERÍAS.
Tutor: Trabajo de Grado presentado por:
Ing. Hernández Juan Br. Villa Gianfranco
C.I.:6.851.973 C.I.:16.904.623
Para optar al Título de:
Ingeniero en Electrónica
Abril, 2010
Caracas-Venezuela
[Escribir texto]
UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE ELECTRÓNICA
DESARROLLO DE UN PROTOTIPO PARA LA DETECCION DE FUGAS
DE GAS EN TUBERIAS.
APROBADO POR:
JURADO: ________________ JURADO: ________________
Nombre y Apellido Nombre y Apellido
________________ ________________
Cédula de Identidad Cédula de Identidad
________________ ________________
Firma Firma
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Abril, 2010
Caracas-Venezuela
ÍNDICE
AGRADECIMIENTOS ..……………….…………………………………………..xii
DEDICATORIA…………………..………………………………………………...xiii
RESUMEN …………………………………………………...……………………xvi
SUMMARY..…………………………………...……….…………………………..17
CAPÍTULO I…..…………………………………………….……………………...20
INTRODUCCIÓ
1. EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN……………………………...20
1.1 Planteamiento del problema………………….…….…….….…...……..20
1.2 Interrogantes de la investigación………………..………..……….....…25
1.2.1 Interrogante principal……………….….………………….…...25
1.2.2 Interrogante secundaria………….……….……………….….25
1.3 Objetivos de la investigación …………….……….…………………..…26
1.3.1 Objetivo general……………………….……………………..…...26
1.3.2 Objetivos específicos….……………….…………………..……..26
1.4 Justificación de la investigación……………….……………………...…27
1.5 Delimitación ………………………………….…….……..…………….... 29
1.5.1 Temático……………………………………………..…………….29
1.5.2 Geográfica…………………………………………..……………..29
1.5.3 Temporal……………………………………………..…………….30
[Escribir texto]
1.5.4 Técnica……………………………………………..………………30
1.6 Alcances de la investigación………………………………..…………..30
CAPÍTULO II…………………………………………………………..…………...33
2. MARCO TEÓRICO…………………………………….…………….……33
2.1 Antecedentes de la investigación ………………………….…….…….33
2.2 Bases teóricas………………………………………………….….……...37
2.3 Gas natural…………………………………………………………….….37
2.4 Usos del gas natural……………………………………………………..39
2.5 Gas licuado del petróleo (GLP)………………………………………....40
2.6 Sensor…………………………………………………………………..... 41
2.7 Tipos de sensores…………………………………………………….… 43
2.7.1 Sensores inductivos……………………………………………....43
2.7.2 Sensores capacitivos…………………………………………….. 44
2.7.3 Foto eléctricos……………………………………………………...45
2.7.4 Ultrasonido………………………………………………….……...45
2.7.5 Encoder………………………………………………………….….46
2.8 Sensores de gas……………………………………………………….…48
2.8.1 Principios de funcionamiento………………………………….… 48
2.9 Sistemas de control……………………………………………………....53
3.0 Diseño del sistema.……………………………………………………....55
3.1 Ciclos de desarrollo de los sistemas…………………………………...55
3.2 Micro-controladores……………………………………………………...60
3.3 Electro-válvula…………………………………………………………....64
3.4 Embobinado de una válvula solenoide……………….………………..67
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3.5 Difusor de alarma sonora.……………………………….……………...69
3.6 Definición de términos básicos………………………………………... 71
3.7 Sistema de variables………………..…………………………………..74
CAPÍTULO III…………………………………………………………………..….76
4. MARCO METODOLÓGICO………………………………...……….…..76
4.1 Tipo de investigación………….………………………………………....76
4.2 Diseño de la investigación………………………………….…………...79
4.3 Metodología y desarrollo del prototipo………………..…….………....80
4.4 Población y muestra………………………………………….……...…..82
4.5 Técnicas e instrumentos de recolección de datos…………….……...84
4.6 Procesamiento y análisis de la información……………………....…...85
CAPÍTULO IV………………………………………………………………….…..87
5. Análisis y presentación de los resultados………………………….…..87
CAPÍTULO V……………………………………………………………………..100
6. DESCRIPCIÓN TÉCNICA……………………………………………...100
6.1 Diagrama en bloques…………………………………………………...100
6.2 Sistema propuesto…………………………………………………....…102
6.3 Dispositivos usados……………………………………………………..105
6.4 Recursos humanos……………………………………………………...109
6.5 Recursos materiales y financieros……………………………………..109
CAPÍTULO VI…………………………………………………………………….114
CONCLUSIÓN Y RECOMENDACIONES……………………………….114
[Escribir texto]
BIBLIOGRAFÍA……………………………………………….………………..116
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadros:
Cuadro 1. Composición y propiedad química del gas natural……...……......38
Cuadro 2. Diferentes tipos de corrientes y voltajes aplicados al embobinado
de una Válvula solenoide……………………………..………………………....67
Cuadro 3. Sistema de operacionalización de variables………………….......76
Cuadro 4. Modelo de guía de observación……………………………..……..87
Cuadro 5. Seguridad de los sistemas de gas…………………………...……..89
Cuadro 6. Sistema de seguridad en caso de fuga de gas…………….….......91
Cuadro 7. Aplicación de algún sistema de seguridad para la detección de
fugas de gas……………………………………………………………….………92
Cuadro 8. Adquisición de algún tipo de sistema de seguridad……….….......93
Cuadro 9. Seguridad de los sistemas de gas…………………………….….…95
Cuadro 10. Sistema de seguridad en caso de fuga de gas………………..…96
Cuadro 11. Aplicación de algún sistema de seguridad para la detección de
fugas de gas……………………………………………………………………..…97
Cuadro 12. Adquisición de algún tipo de sistema de seguridad………..…....98
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Cuadro 13. Especificaciones del diseño en el plano del prototipo……...….103
Cuadro 14. Recursos y materiales usados con sus respectivos costos…...111
ÍNDICE DE FIGURAS
Figuras:
Figura 1. Inductancia………………………………………………………….....43
Figura 2. Capacitancia…………………………………………..……………....44
Figura 3. Funcionamiento del ultrasonido……………………..……………...46
Figura 4. Diseño de encoder óptico……………………………………..……..47
Figura 5. Ejemplo de un encorder…………………………………….……….47
Figura 6. Modelo de barrera de potencial de entre-grano (ausencia de
gases)………………………………………………………………………..…...49
Figura 7. Modelo de barrera de potencial de entre-grano (presencia de
gases)………………………………………………………………………….....50
Figura 8. Diagrama interno del sensor MQ-6……………………………..….52
Figura 9. Diagrama de los dos tipos de conexiones existentes del sensor
MQ-6……………………………………………………………………..……….52
Figura 10. Las siete etapas en el ciclo de vida del desarrollo de un
sistema……………………………………………………………………...…...56
Figura 11. Configuración de los pines de la gama PIC16F870 del fabricante
MIcrochip……………………………………………………………………..….63
[Escribir texto]
Figura 12. Ejemplo del diagrama de bloque del PIC 16F870…………..…64
Figura 13. Esquema de los componentes principales de una electro-
válvula……………………………………………………..………………………66
Figura 14. Difusor de alarma sonora reforzado con avisador luminoso de
flash modelo AB121RTH………………………………………………....…......71
Figura 15. Modelo de guía de observación……………………………….….88
Figura 16. Seguridad de los sistemas de gas (Modelo A)…………………..90
Figura 17. Sistema de seguridad en caso de fuga de gas (Modelo A)…….91
Figura 18. Aplicación de algún sistema de seguridad para la detección de
fugas de gas (Modelo A) ..………………….……………………………..…....92
Figura 19. Adquisición de algún tipo de sistema de seguridad (Modelo A).93
Figura 20. Seguridad de los sistemas de gas (Modelo B)…….………........95
Figura 21. Sistema de seguridad en caso de fuga de gas(Modelo B)..…...96
Figura 22. Aplicación de algún sistema de seguridad para la detección de
fugas de gas (Modelo B)………………………………………………………..97
Figura 23. Adquisición de algún tipo de sistema de seguridad (Modelo B).98
Figura 24. Diagrama de bloque del sistema propuesto…………….….…..100
Figura 25. Diagrama explicativo del sistema propuesto…………….……..102
Figura 26. MQ-6 sensor de gas GLP………………………….……….…….105
Figura 27. Sensibilidad característica del sensor MQ-6………….………..105
Figura 28. Dependencia típica del sensor MQ-6 sobre la temperatura y
humedad……………………………………………………………………......106
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Figura 29. Electro-válvula……………………………….…………………….107
Figura 30. Diagrama del circuito desarrollado…………….…………….…..108
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ÍNDICE DE ANEXOS
Anexos
Anexo 1. Modelo de guía de observación…………………………………….119
Anexo 2. Modelo de entrevista…………………………………………………121
Anexo 3. Certificación de validación (Arianna Gorrese)………………….....124
Anexo 4. Certificación de validación (Alberto R. Paz Q.)………………..…..125
Anexo 5. Certificación de validación (María Elena Sánchez Becerra)……..126
[Escribir texto]
AGRADECIMIENTOS
El autor de este proyecto desea agradecer con gran cariño y aprecio a
las siguientes personas:
Principalmente a la Universidad Nueva Esparta por permitirme
desarrollar mi carrera y crecer de manera amplia como profesional en dicha
institución.
Al Dr. Duglas Yanes por haberme ayudado, apoyado y brindado de una
u otra manera en los buenos y malos momentos de esta vida. Gracias…
Al Ingeniero y director Ramírez Ingmar por su colaboración y ayuda
brindada para el desarrollo de mi carrera.
Al Ingeniero Fontana Alejandra que me ayudo y brindo todo su apoyo a
lo largo de carrera.
A mi tutor el Ingeniero Hernández Juan por la paciencia, ayuda
incondicional y soporte brindado durante el desarrollo del proyecto.
A todas aquellas personas, agradezco la ayuda y colaboración que me
facilitaron para poder realizar la investigación.
Sin más que decir, agradecer a Dios por estar siempre a mi lado
presente.
[Escribir texto]
DEDICATORIA
Dedico a mis padres y abuela, que por sus esfuerzos día tras día me
dieron toda la capacidad necesaria para poder comenzar y terminar la
carrera y ser un gran profesional.
A mi hermano, quien ha sido fuente de inspiración y apoyo
incondicional.
Gianfranco
[Escribir texto]
UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE ELECTRONICA
RESUMEN DE TRABAJO DE GRADO:
Título del Trabajo de Grado: “Desarrollo de un prototipo para la detección
de fuga de gas en tuberías.”
Autor: Villa Gianfranco C.I.: V-16.904.623
Tutor: Ing. Hernández Juan
Palabras claves: Sistema prototipo, Sensores, Gas licuado del petróleo
(GLP), Gas propano, Gas butano, Sistema, Detector, Electro-válvula, Alarma.
Resumen:
El problema objeto de estudio se focalizó en la inexistencia en el país
de un recurso tecnológico que facilite la detección de fugas de gas en
tuberías, en zonas residenciales o comerciales; por medio de un sistema de
señalización visual y sonora. El prototipo desarrollado en esta investigación,
es capaz de ejecutar las siguientes funciones: detectar concentraciones de
gas, cortar el suministro de gas y activar una alarma de emergencia. Las
pruebas realizadas a este prototipo validaron su funcionamiento.
[Escribir texto]
NUEVA ESPARTA UNIVERSITY
ENGINEERING FACULTY
ELECTRONIC SCHOOL
DEGREE WORK SUMMARY:
TITLE OF THE DEGREE WORK: “Development of a prototype for detecting
gas leaks in pipes.”
Author: Villa Gianfranco C.I.: V-16.904.623
Advisor: Ing. Hernández Juan
Key word: Sensors, Liquefied petroleum gas (LPG), Propane Gas, Butane
Gas, Sistem, Detector, Electro-valve, Alarm.
Summary:
The problem under study focused on the absence in the country a
technological resource that facilitates the detection of gas leaks in pipes in
residential or commercial areas, by means of a visual and audible signal. The
prototype developed in this research is able to perform the following
functions: to detect concentrations of gas, shut off the gas and activate an
emergency alarm. All the tests in this prototype validated its performance.
[Escribir texto]
INTRODUCCIÓN
Los sistemas de detección de fuga de gas son métodos encontrados
habitualmente en los hogares, industrias y establecimientos de comida,
usados con la finalidad de proteger y mantener a salvo a las personas y
bienes que estén cerca de estos sistemas de gas, debido a que este por ser
un combustible inflamable se le considera muy peligroso y mortal para el ser
humano.
La intención de llevar a cabo el diseño de un prototipo para la detección
de fuga de gas en tuberías es una ideología diferente de los sistemas que se
encuentran hoy en día en el mercado, debido a su simple función, en cuanto
al uso, ya que está limitado únicamente por la activación de una alarma. La
importancia para desarrollar el prototipo de detección de fugas de gas en
tuberías fue aportar seguridad y bienestar a los usuarios de este
combustible en zonas residenciales e industriales. Este prototipo se realizo
en función a los requerimientos establecidos por las empresas prestadoras
del suministro de gas; caracterizado por las ventajas y desventajas que
poseen los sistemas de gas.
El prototipo desarrollado posee capacidad de percibir concentraciones
de gas licuado del petróleo (GLP) en al ambiente de trabajo, generar un
corte del suministro de gas y activar la alarma (sonara-visual) de emergencia,
como medida de precaución.
[Escribir texto]
Partiendo de esta realidad, en la presente investigación, se plantea
como problema de estudio: desarrollar un prototipo para la detección y
control de fugas de gas en tuberías mediante un sensor y una electro-
válvula.
Este estudio, comprende seis capítulos, cuyos contenidos se describen
a continuación:
Capítulo I: presenta el problema de investigación, reflejado por el
planteamiento y formulación del problema, su justificación, los objetivos, la
delimitación y su alcance. Se especifica de manera detallada la interrogante
principal que dio motivo y causa para desarrollar este trabajo de
investigación.
Capítulo II: contiene el marco teórico, que estableció de manera
detallada la definición de los aspectos más relevantes de los antecedentes
en los cuales se fundamento la presente investigación.
Capítulo III: se presenta la metodología que permitió desarrollar el
presente trabajo de grado. Se muestran aspectos como el tipo de
investigación, las técnicas, procedimientos usados para validar el proceso de
investigación y los resultados obtenidos en el mismo.
Capítulo IV: se describe el análisis y presentación de los resultados,
obtenidos mediante el modelo de guía de observación, el modelo de
entrevista (A): centros comerciales y modelo de entrevista (B): zonas
residenciales. Así mismo, se plantea las causas y consecuencias de los
análisis formulados.
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Capítulo V: representa la descripción técnica del sistema desarrollado,
en función del diagrama de bloque, mostrando las diferentes etapas y
dispositivos usados en el proceso, las especificaciones técnicas de cada
componente usado mediante gráficos y figuras. Se hace referencia a los
recursos humanos, tecnológicos, materiales y financieros invertidos para ser
desarrollado este sistema de detección de fugas de gas en tuberías
Capítulo VI: hace referencia a las conclusiones de los resultados
obtenidos con el desarrollo de este sistema prototipo, en cuanto a los
objetivos específicos propuestos en la investigación. Se expresa a los
usuarios consumidores y empresas distribuidoras las recomendaciones o
mejoras técnicas necesarias para evitar pérdidas que lamentar.
Finalmente se presentan las referencias bibliográficas utilizadas como
argumentos al apoyo textual definido a lo largo del contenido en la
investigación.
[Escribir texto]
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN
1.1 El Planteamiento Del Problema
La ubicación deductiva, en la cual se inserta la problemática, tratada en
esta investigación, que permite su referencia dentro de un contexto general,
se focaliza en el paradigma epistemológico, relacionado con la teoría de los
sensores y gas butano. Este enfoque científico, permitirá establecer las
características del sistema actual implementado para el funcionamiento de
las tuberías de gas, determinar sus implicaciones técnicas y operativas,
detectar los posibles problemas inherentes a su funcionamiento actual,
impacto derivado de las características y funcionamiento actual de este
sistema y definir una propuesta enmarcada dentro del área de investigación
de la ingeniería electrónica para diseñar un sistema prototipo de control
capaz de detectar en tiempo real la fuga de gas en tuberías y realizar el
control efectivo de las mismas.
Los sensores, según Walsöe de Reca (2004) son:
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Un dispositivo que transforma magnitudes físicas o químicas, denominadas variables de instrumentación, en magnitudes o señales eléctricas. Es un tipo de transductor capaz de transformar la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilite su medición. Esta medición que realiza este dispositivo puede ser de directa (e.g. un termómetro de mercurio) o estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico digital, un computador y un display), de modo que los valores detectados son leídos por un experto en el área. (p.88)
Según la autora en referencia, las características técnicas que definen
el funcionamiento de este dispositivo, son las siguientes:
- Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede
aplicarse el sensor.
- Precisión: es el error de medida máximo esperado.
- Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la
variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores
nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto
de referencia para definir el offset.
- Linealidad o correlación lineal
- Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud
de salida y la variación de la magnitud de salida.
- Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede
apreciarse en la salida.
[Escribir texto]
- Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuanto
varié la magnitud a medir.
- Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
El sensor de gas, destaca la autora en contexto “ no es más que un
dispositivo el cual detecta bajo ciertas características ambientales como
temperatura, presión y gravedad, el flujo o masa de aire que contenga gas
propano, butano o metano, siendo este un gas poco inflamable ante
condiciones extremas”.( Walsöe de Reca 2004, p.90).
Para Galarza y Gómez (2003) existen dos tipos de gas licuado de
petróleo (GLP), el propano (propano comercial) y butano (butano
comercial).El propano comercial, según estos autores, es una mezcla
propano, propileno y otros compuestos minoritarios (metano, butano, etc.),
este gas puede tener hasta un 30% de butano. El butano comercial, señalan
estos autores, es una mezcla de butano, butileno y otros compuestos en
menor proporción entre los que se destacan el propano, pentanos, entre
otros, y pueden tener un máximo de 50% de propano. Galarza y Gómez
(2003) sostienen que el gas licuado de petróleo (GLP) se encuentra en
estado gaseoso; considerando que:
Para obtener líquido a presión atmosférica como temperatura del butano debe ser inferior a -5º C y la del propano -42.2º C, siendo esta característica su principal diferencia. En cambio, para obtener líquido a temperatura ambiente se debe someter al GLP a presión. Para el butano la presión debe ser de más de 2 atmosferas y para el propano, la presión debe ser de más de 8
[Escribir texto]
atmosferas. Un litro de liquido se transforma en 272.6 litros de gas para el propano u 237.8 litros de gas para el butano. (p.50)
La contextualización antes referenciada, permite ubicar la problemática
objeto de estudio, desde una perspectiva inductiva, a través de la cual se
precisan las manifestaciones fácticas de la temática tratada en esta
investigación, sus implicaciones, e impactos, se observa en hogares,
industrias y establecimientos de comida es usado el gas como combustible
para generar movimiento, energía eléctrica ó energía calórica.
Este producto gaseoso, según Galarza y Gómez (2003), es derivado
del petróleo lo cual lo hace inflamable y tóxico para los seres vivientes
principalmente a los humanos y animales. El uso más conocido que se le da
al gas es para encender fuego bajo el control de reguladores manuales o
automáticos, para múltiples usos caseros e industriales
Es importante destacar que la inquietud observada por el investigador,
que le permitió formularse este problema de investigación, surge de una
observación sistemática de manifestaciones fácticas, que denota una
realidad social, en la cual el gas en muchos caso genera accidentes y
pérdidas humanas, debido a perdidas o fugas en tuberías, ya que explota si
es expuesto a fuego o chispas eléctricas.
Los dispositivos existentes en el mercado venezolano, que se
comercializan son muy simples en cuanto a su función y diseño, es decir, son
muy limitados ya que carecen de lo más importante que es la seguridad para
las personas que utilizan este tipo de combustible, ya que éstos están
[Escribir texto]
compuestos por un sensor o detector de gas natural, Butano y Propano,
conectado a un sistema de control, caracterizado por un Micro-controlador,
que va accionar una alarma de emergencia en caso de que exista la fuga de
gas. Todos estos productos ya existentes se colocan en un solo empaque o
caja, donde todos sus componentes o periféricos se localizan uno al lado del
otro, haciendo que sea sensible a riesgos ante condiciones extremas, como
chispas, altas y bajas temperaturas o fuego.
El sistema, implementado actualmente relacionado con la seguridad
que se debe observar en los sistemas actuales de gas licuado para uso
doméstico; presenta como debilidad significativa, la siguiente:
- Presentan características básicas de alarma acústica y visual y en
algunos casos poseen una activación de corte de suministro.
- Requiere de la presencia de una persona que esté ubicada cerca
de este sistema, a fin de visualizar o percibir la alarma generada.
- No interrumpen o cortan el sistema de suministro de gas, cuando
se detecte una fuga de este combustible.
- No indican que existió una fuga de gas.
Esta situación detectada, representó una oportunidad para focalizar el
problema tratado en esta investigación, el cual se centró en el desarrollo de
un prototipo para la detección de fuga de gas en tuberías. EL prototipo
desarrollado se basa en el mismo concepto objetivamente, pero aplicando
tecnología de punta, que convierta a este desarrollo en otra alternativa a los
existentes, que permita generar un producto soportado dentro del campo de
estudio de la Ingeniería Electrónica, con elevados estándares de calidad y
[Escribir texto]
seguridad para los usuarios de este servicio estratégico y vital para el
desarrollo de actividades en el hogar, comercio e industria.
Es de señalar que el prototipo creado está principalmente caracterizado
por tener el sistema de control, alejado de la posible fuga y de los
actuadores, como el sensor, la alarma y la electro-válvula. El dispositivo de
control, por seguridad se va a mantener a distancia de los demás
dispositivos debido a que si llegase a ocurrir algún desperfecto en cada uno
de estos, no se produzca algún accidente.
El dispositivo creado no solo va a proteger a las personas de incendios
o explosiones, sino también de intoxicación o envenenamiento por gases
tóxicos en las vías respiratorias. Para llevar a cabo el desarrollo de este
prototipo, es necesario un sensor catalítico para gas inflamable MQ-6, que
va producir una señal a un dispositivo que se encarga de cerrar una válvula
de paso de seguridad y de alertar mediante una alarma de varios niveles de
seguridad, si es seguro acercarse a la fuga según sea la cantidad de gas
concentrado en el lugar de la presente fuga.
1.2 Interrogantes De La Investigación
1.2.1 Interrogante Principal.
¿Qué tipo de requerimientos, indicadores, normas, procedimientos, procesos
y tecnología hay que considerar en el diseño e implementación de un
sistema prototipo para la detección de fuga de gas en tuberías?
[Escribir texto]
1.2.2 Interrogantes Secundarias.
¿Qué requerimientos exigen las empresas prestadoras de este servicio con
respecto a la automatización de la detección y control de fuga de gas en
tuberías?
¿Qué estructura definen las tuberías de gas butano y propano utilizado a
nivel residencial e industrial?
¿Qué indicadores operativos y técnicos se deben considerar en el desarrollo
de un sistema prototipo capaz de garantizar la detección y control en tiempo
real de fugas de gas en tuberías?
¿Qué estructura hay que definir en un diagrama de bloque de detección y
control de fugas de gas en tuberías?
¿Qué pruebas se deben realizar al sistema prototipo para validar su
funcionamiento?
1.3 Objetivos De La Investigación
1.3.1 Objetivo General.
Desarrollar un prototipo para la detección y control de fugas de gas en
tuberías mediante un sensor y una electro-válvula.
1.3.2 Objetivos Específicos.
[Escribir texto]
- Precisar los requerimientos exigidos por las empresas prestadoras de
este servicio con respecto a la automatización de la detección y
control de fuga de gas en tuberías.
- Identificar la estructura que define las tuberías de gas butano y
propano utilizado a nivel residencial e industrial.
- Definir los indicadores operativos y técnicos a considerar en el diseño
y desarrollo de un sistema prototipo capaz de garantizar la detección y
control en tiempo real de fugas de gas en tuberías.
- Realizar el diseño del sistema prototipo para la detección y control de
fugas de gas en tuberías atendiendo a los requerimientos de las
empresas y estructura de las tuberías de gas metano y propano
residencial e industrial.
- Construir el sistema prototipo en función a los parámetros establecidos
en el diseño.
- Realizar pruebas al sistema prototipo para validar su funcionamiento.
1.4 Justificación De La Investigación
La importancia de este proyecto de investigación es considerada desde
un punto de vista holístico, que involucra a los actores beneficiarios del
mismo, lo cuales se identifican a continuación:
Para los usuarios residencial o industrial de gas butano y
propano.
El diseño y desarrollo del prototipo para la detección de fugas de gas es
necesario debido a que muchos de los usuarios que manejan cocinas,
[Escribir texto]
hornos, secadoras y otros equipos se les olvida cerrar la llave de paso y
también que con el tiempo las tuberías o juntas se van dañando, produciendo
fugas que pueden ser letales. Los sistemas de detección de fugas de gas
que existen actualmente son relativamente simples ya que no tienen el
objetivo de cerrar una válvula de paso, sino activar una señal de alarma. El
equipo que se pretende desarrollar va a facilitar la detección de fugas en un
sistema de gas mediante un sensor de gas común, donde la detección va
activar una alarma de seguridad y un sistema de cerrado de la llave o válvula
de paso de gas.
La importancia tecnológica al hacer esta investigación fue la ideología
científica de crear un sistema prototipo realmente fiable y relativamente
económico, es decir que se pueda adaptar a cualquier entorno ambiental o
social en caso de que se requiera implementar al mercado.
Para las empresas prestadoras de este servicio comercial a nivel
del hogar e industrial.
El prototipo realizado para esta investigación, evitará que se genere
accidentes que puedan interrumpir el servicio comercial del gas butano y
propano en los clientes de la empresa. Aspectos que garantizara a estas
empresas el mantenimiento de un ingreso constante e ininterrumpido por la
venta de este gas; los que les permitirá mantenerse operativamente y percibir
la rentabilidad que genera esta actividad comercial.
Desde el punto de vista técnico.
Este prototipo representa una mejora en los sistemas de seguridad
tecnológica dentro del mercado venezolano; por cuanto en este estudio, se
[Escribir texto]
aplicará tecnología de punta para desarrollar un equipo capaz de realizar en
tiempo real la detección y control de fuga de gas en tuberías de manera
segura y confiable. La tecnología que se utilizo en este desarrollo, es con
micro-controlador, que es un dispositivo reprogramable capaz de almacenar
datos, que serán para cumplir las funciones en los actuadores de dicho
sistema. El micro-controlador es usado para mejorar el rendimiento de
muchos dispositivos debido a su pequeño tamaño pero con gran capacidad
de ejercer ciertas funciones a muy bajo costo, también hay que destacar que
el uso de los micro-controladores sustituyen ciertas labores peligrosas según
la ubicación de trabajo, que en caso de ser operada por seres humanos, se
estaría arriesgando la vida y salud de los mismos.
1.5 Delimitación
La delimitación de este estudio está concebida desde el punto de vista
metodológico y holístico, con la intención de focalizar el contexto donde se
efectuó el estudio correspondiente de campo, documental, diseño, desarrollo
y prueba del prototipo. A continuación se describe la delimitación de esta
investigación:
1.5.1 Temática: La línea de investigación, en la cual se inserta este proyecto
de investigación, se circunscribe dentro del campo de estudio de la ingeniería
electrónica, específicamente en desarrollo del sistema de control
automatizado; por cuanto en el presente estudio se quiso desarrollar un
sistema prototipo para la detección de fugas de gas en tuberías.
[Escribir texto]
1.5.2 Geográfica: La investigación de campo y técnica de desarrollo más
pruebas del prototipo y la parte metodológica, se elaboro en el Laboratorio de
Redes y Digitales, de la Escuela de Electrónica, de la Universidad Nueva
Esparta, ubicada en la avenida Sur-7 Urbanización Los Naranjos del Cafetal,
Distrito Capital.
1.5.3 Temporal: El tiempo estimado para desarrollar el prototipo y validar su
funcionamiento, fue a partir del mes de octubre de 2009 hasta el mes de
marzo de 2010, para un total de seis meses, tiempo previsto en el
cronograma de actividades para alcanzar los objetivos establecidos en este
estudio.
1.5.4 Técnica: El prototipo desarrollado fue objeto de muchas
modificaciones técnicas, por lo cual fue necesario el estudio de nuevos
componentes y nuevas ideas para la mejor aplicación en conjunto con todo el
sistema; cabe destacar que los componentes a utilizar son usados por su
fiabilidad ante condiciones extremas; estos componentes resultaron ser
importados, por medios ilegales debido a las condiciones económicas que
presentan muchas empresas importadoras en Venezuela con el control de
cambio monetario establecido por el Gobierno Nacional.
1.6 Alcances De La Investigación
El alcance de este desarrollo se estableció en atención a las fases de la
metodología de desarrollo de prototipos propuesta por Senn, James. (1992),
quien establece cinco (5) fases para el desarrollo de un prototipo, los cuales
[Escribir texto]
se tomaron como referencia para desarrollar el prototipo propuesto en esta
investigación. Estas fases se indican a continuación:
- Evaluación Preliminar:
Permite identificar y focalizar el problema objeto de estudio.
- Identificación De Requerimientos:
En esta fase se identifican las funciones del sistema, a
partir de la necesidad insatisfecha que se quiere resolver.
- Diseño Del Prototipo:
Se define en esta fase, los procesos, relaciones,
procedimientos, entrada y salida de datos; para lograr
ejecutar las funciones establecidas en la fase de
requerimientos.
- Desarrollo Del Prototipo:
Según Senn, en esta fase, se construye el prototipo
siguiendo rigurosamente los parámetros establecidos en
su diseño.
- Prueba Del Prototipo:
Representa la fase en la cual se realizan las pruebas para
determinar el funcionamiento óptimo del prototipo.
Destacándose que el alcance de este estudio está definido
hasta esta etapa.
1.7 Limitación
[Escribir texto]
La limitante para el desarrollo de este prototipo fue la adquisición de los
componentes, ya que su procedencia y fabricación es extranjera, es el caso
del sensor de gas licuado del petróleo y la electroválvula, el cual se dificulto
la búsqueda ya que no han sido importados desde principios del año 2009,
por las regulaciones y escases de divisas. La compra se realizo a través de
dólares comprados por mercado negro o paralelo siendo más costosa su
adquisición, a través del envío puerta a puerta, mediante un mail box o
casilla de correos, el cual sirvió como intermediario internacional y nacional
en la compra de los dispositivos. Los dispositivos que se encontraron con
facilidad fueron buscados de manera minuciosa para evitar el alto costo de
estos.
[Escribir texto]
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes De La Investigación
Los estudios consultados, que guardan relación con la temática
abordada en esta investigación se describen a continuación:
Rincón y Romero (2007) efectuaron un Trabajo de Grado para optar al
título de grado, en la Universidad Nueva Esparta, específicamente en la
Escuela de Electrónica, titulado: “Diseño e Implementación de un Sistema
de detección de Gas Licuado de Petróleo (GLP) para uso domestico”. En
este estudio los autores se plantearon como objetivo general realizar un
diseño e implementación de un dispositivo capaz de detectar la presencia de
gas licuado del petróleo en ambientes domésticos donde existan u operen
artefactos que usen este tipo de gas, con la finalidad de evitar accidentes
producidos por fugas lo cual ocasionaría consecuencias negativas como
incendios y algunas veces pérdidas humanas.
La metodología implementada en la investigación fue la de un proyecto
factible, con carácter mixto: documental y de campo. Se realizó una
[Escribir texto]
observación de las variables, de igual manera se aplicó un cuestionario. Los
datos obtenidos se analizaron y se mostraron de forma ordenada en
gráficos.
Los resultados obtenidos por la investigación determinaron que la
aplicación de este tipo de dispositivos en los hogares ayudaría a disminuir
accidentes relacionados con fugas. Adicionalmente, la investigación concluyó
que es posible lograr con el uso de tecnología y con un costo económico
relativamente bajo la implementación de un sensor de gas muy preciso
logrando de esa forma el objetivo general del proyecto.
Esta investigación se consideró como antecedente por cuanto aporta
información significativa y relevante, sobre los procesos que deben
considerar en la construcción del circuito electrónico para detectar fallas en el
sistema de gas licuado de uso residencial y controlar las mismas, a través de
la programación de un micro controlador y un sensor.
Basteiro Ochoa y Rosa (1995), desarrollaron un Trabajo de Grado para
optar al título de grado, en la Universidad Nueva Esparta, específicamente
en la Escuela de Electrónica, titulado: “Desarrollo de un Calibrador Portátil
para las Estaciones de Telemetría con Mediciones de Flujo en la Red
Nacional de Gasoductos de Corpoven S.A.”
El problema analizado en la investigación consiste en el desarrollo de
un equipo calibrador para medidores de flujo volumétrico, usado dentro de la
gerencia de transmisión y distribución de Gas Corpoven S.A.
El objetivo planteado fue diseñar y ensamblar un calibrador de
medidores de flujo, compuesto por un módulo analizador un generador de
frecuencias y un sistema digital de visualización.
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El tipo de investigación se define como descriptiva, donde se realizan
entrevistas con la finalidad de obtener las pautas del diseño. Se efectuaron
pruebas de laboratorio, obteniendo los datos necesarios para la
programación del equipo. Estos datos fueron almacenados en una serie de
tablas y analizados posteriormente.
El funcionamiento básico del equipo consiste en generar distintos tipos
de señales triangulares, senoidal y cuadrada a la frecuencia y voltaje
variables. Con un sistema de visualización digital, que permite al operador
una precisión en su trabajo.
Con las distintas señales se calibran los medidores de flujo tipo Vortex,
los cuales al recibir una señal variante en frecuencias produce una corriente
de 4 a 20mAmp. La señal en corriente es registrada por la unidad terminal
remota (UTR), y convierte en unidad de volumen (millones de pies
cúbicos)de gas por unidad de tiempo (hora o día).
Por último la unidad terminal remota reporta, el valor del volumen
medido al computador central, donde se toman todas las decisiones
relacionadas con la transmisión y distribución de gas a nivel nacional. El
equipo con sus características, permite una calibración más exacta y precisa
de los medidores de flujo, así como la disminución de los tiempos de
mantenimiento. Cualquier mejora a futuro es muy fácil de implementar debido
a la versatilidad del equipo y su programa en memoria EPROM, el cual
puede ser cambiando para cubrir las necesidades.
La investigación de los autores antes identificados, representa un
antecedente importante para este estudio; por cuanto proporciona
información sobre los procedimientos que deben seguir en el diseño del
[Escribir texto]
circuito electrónico, para definir las relaciones y procesos que se deben
ejecutar para desarrollar un sistema de control automatizado de gas.
Pérez Jhonny (1998) efectuó un Trabajo de Grado para optar al
título de grado en la Universidad Nueva Esparta, específicamente en la
Escuela de Civil, titulado : “Acondicionamiento y Estabilización de
corredores de Tuberías de la Red Nacional de Gasoductos (sistema
Anaco-Barquisimeto)”.
En el trabajo antes mencionado, se señala lo más exacto y objetivo, la
secuencia de pasos a seguir para llevar a cabo la investigación del problema,
en el acondicionamiento y estabilización de corredores de tuberías de la red
nacional de gasoductos en el sistema Anaco-Barquisimeto.
El objetivo principal de la investigación antes mencionada, fue crear el
diseño para realizar las obras civiles necesarias para acondicionar y
estabilizar los lugares de las tuberías que presenta erosión y socavación en
el sector Quebrada Maitana, Charallave y la falla del borde del Naranjal.
El presente trabajo antes descrito representa un antecedente de gran
importancia, ya que se consideran muchos aspectos tecnológicos de gran
relevancia que tienen relación con lo que se quiso realizar en dicho estudio
tanto en la parte metodológica como técnica, principalmente en el estudio de
la erosión en las tuberías.
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2.2 Bases Teóricas
2.3 Gas Natural
Para Barberii (1983), “el gas natural es una fuente de energía como
combustible no renovable formada por una mezcla de gases que se
encuentra frecuentemente en yacimientos de petróleo, es conocido como gas
asociado si es separado del petróleo y no asociado si es solo”. (p.38).
Cuando se extrae su composición se basa principalmente en un
hidrocarburo perteneciente a la familia de los alifáticos como son los
Alcanos, Alquenos y alquinos. Siempre que se extrae viene junto con agua,
petróleo y otros gases, pero su poderío energético se basa en el metano que
es su principal compuesto químico en forma gaseosa ocupando en muchos
casos hasta el 95% del total de gases extraídos de un yacimiento.
La procedencia de este gas hace de él un gran aporte de otros gases
que tienen al igual que el metano muchas ventajas energéticas y formas de
uso muy diversas, siendo estos la mayor fuente de gases hidrocarburos que
exista sobre la tierra. Cabe destacar que los gases hidrocarburos tienen
diferencia notables en cuanto a su composición y propiedad química. (Ver
Cuadro 1).
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Componente Fórmula
Química
Estado Variación del
porcentaje mol.
Metano CH4 Gas 55,00-98,00
Etano C2H6 Gas 0,10-20,00
Propano C3H8 Gas 0,05-12,00
n-Butano C4H10 Gas 0,05-3,00
ISO-Butano C4H10 Gas 0,02-2,00
n-Pentano C5H12 Liquido 0,01-0,80
ISO-Pentano C5H12 Liquido 0,01-0,80
Hexano C6H14 Liquido 0,01-0,50
Heptano* C7H16 Liquido 0,01-0,40
Nitrógeno N Gas 0,10-0,50
Dióxido de
carbono
CO2 Gas 0,20-30,00
Oxigeno O2 Gas 0,09-0,30
Sulfuro de hidrogeno H2S Gas Trazas-28,00
Helio He Gas Trazas-4,00
Cuadro 1. Composición y propiedad química del gas natural.
Fuente: Barberii (1983).
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2.4 Usos Del Gas Natural Y Sus Líquidos
Para Barberii (1983), el gas natural “es un combustible, que ofrece las
siguientes ventajas:
- Es limpio, no produce hollín ni mugre, por lo tanto los equipos que
lo usan como combustible no requieren mantenimiento
especial.
- Puede manejarse a presiones deseadas de entrega en los sitios
de consuno.
- Su poder calórico y combustión son excelentes.
- Volumétricamente es susceptible a la compresión o expansión, en
función a la relación presión-temperatura que se desee imponer.
- Puede ser transportado por sistemas de tuberías madres, redes
troncales y ramales, especialmente diseñadas, que permiten
mantener rangos de volúmenes a presiones deseadas.
- Su entrega a clientes puede ser continua y directa a los artefactos
donde debe consumirse, utilizando controles y reguladores, sin
requerimiento de almacenaje en sitios o preocupación de
almacenados en el hogar, oficina, el taller, la planta o fábrica.
- La reversibilidad gas-liquido-gas lo hace apto para el envasado en
pequeños y seguros recipientes, fáciles de manejar, transportar e
instalar para suplir combustible en sitios no servidos por red de
distribución. El gas licuado también puede transportarse en
barcos, desde áreas remotas de producción y procesamiento a
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grandes terminales de almacenamiento que surten a industrias y
a miles de clientes particulares.
- Por su eficiencia y rendimiento calórico, su costo por volumen es
económico.
2.5 Gas Licuado Del Petróleo (GLP).
Según Miró (2009). El gas líquido de petróleo “es una mezcla de dos
gases: propano y butano, en una proporción aproximada de 60% y 40%,
respectivamente. Contiene otros gases como propileno y butileno en muy
pequeñas cantidades y se le añade etanoetiol, un fuerte odorizante,
compuesto químico de olor característico que se usa para posibles fugas de
gas”.
Para Miró (2009), la mezcla de gases se envasa en:
Tanques, que se llenan entre un 80% y un 85%, dejando un espacio libre para absorber la expansión que se produce al subir la temperatura exterior. Ambos gases que forman el GLP son más pesados que el aire, por lo que forman charcos o capas a nivel del suelo. Este es un peligro, ya que siendo invisible, una fuga de gas propano o butano, solo se detecta por el olor y, presenta un peligro potencial. Debido a que ambos gases no están a alta presión, el dicho gas se almacena en tanques relativamente livianos, de diversos tamaños y formas, de acuerdo con el uso y relativamente fácil de manipular.
El GLP es el hidrocarburo que emite menos CO2, sin hollín ni azufre,
su combustión produce solo anhídrido carbónico y agua. Con un contenido
[Escribir texto]
de energía similar al de la gasolina, pero un octanaje más alto (103 oct.),
esto lo hace un excelente combustible automotor. Su menor densidad obliga
al uso de tanques más grandes y pesados que los que requiere la gasolina,
pero permite una mayor compresión, mantiene limpio el motor alargando su
vida útil y contamina menos el ambiente.
2.6 Sensor
Para Molina (2009), un sensor “no es más que un dispositivo diseñado
para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra
magnitud, normalmente eléctrica, que son capaces de cuantificar y
manipular”.(p.54)
El sensor es un dispositivo eléctrico o electrónico, que detecta
magnitudes físicas o químicas provenientes de algún medio externo,
llamadas variables de instrumentación, y las cambia o transforma en
magnitudes o señales eléctricas. También se puede decir que es un tipo de
transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en
otra, que facilite su medición.
El sensor de gas “ no es más que un dispositivo el cual detecta bajo
ciertas características ambientales como temperatura, presión y gravedad, el
flujo o masa de aire que contenga gas propano, butano o metano, siento este
un gas poco inflamable ante condiciones extremas.” (Molina, 2009, p.56)
Según el autor en referencia, las características técnicas que definen el
funcionamiento de este dispositivo, son las siguientes:
- Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede
aplicarse el sensor.
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- Precisión: es el error de medida máximo esperado.
- Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la
variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores
nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro
punto de referencia para definir el offset.
- Linealidad o correlación lineal
- Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud
de salida y la variación de la magnitud de salida.
- Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede
apreciarse en la salida.
- Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de
cuanto varié la magnitud a medir.
- Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma
medida.
El sensor de gas, según Molina (2009) “ no es más que un dispositivo
el cual detecta bajo ciertas características ambientales como temperatura,
presión y gravedad, el flujo o masa de aire que contenga gas propano,
butano o metano, siento este un gas poco inflamable ante condiciones
extremas”.( Molina 2009, 57).
2.7 Tipos De Sensores
Básicamente los sensores son dispositivos que transforman parámetros
físicos en parámetros eléctricos. Se usan diferentes tipos de sensores
dependiendo de la variable física que se desee tratar. Los más comunes son:
[Escribir texto]
2.7.1 Sensores Inductivos
Los sensores inductivos según M. Zahn (1991), “es un bobinado o
enrollado donde pasa corriente (i). Al acercarse a un cuerpo metálico, esté
varía el campo magnético que se crea, es decir, detecta variaciones de flujo
magnético”. (p.456). (Ver figura 1).
Figura 1. Inductancia. Fuente: E.E. Staff
2.7.2 Sensores Capacitivos
Los sensores capacitivos para M. Zahn (1991), “son aquellos que
poseen dos placas metálicas formando una especie de condensador. Al
acercarse a un cuerpo, éste hace de dieléctrico y varía la capacidad del
condensador, es decir, detecta variaciones de capacidad”. (p. 177). (Ver
Figura 2).
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Figura 2. Capacitancia. Fuente: E.E. Staff.
En la figura anterior se demuestra la función interna de la capacitancia
aplicada a los diferentes tipos de sensores capacitivos. La fórmula
establecida significa que la capacitancia (c), es igual al resultado de: la
constante del medio aislante (K), multiplicado por él aérea de las placas o
material conductor (A) y dividido por la distancia (D) de dichas placas.
2.7.3 Foto-Eléctricos
De acuerdo a E. Kendall Kenneth (2009), los sensores foto-electricos son:
Aquellos dispositivos que son sensibles a la luz. Existen variaciones de estos componentes pero similares entre si tales como los: foto-resistencias, fotodiodos, fototransistores, foto-triacas, foto-tiristores, y algunos más, es decir, su funcionamiento se activa a través de la energía lumínica o luz, puede ser luz artificial o natural. Los más comunes y usados son los sensores de infrarrojo, el cual funcionan a través de un emisor, que emite una luz y es recibida por un receptor, estos pueden funcionar por reflexión o por corte del haz de luz. (p.517).
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2.7.4 Ultrasonido
Los sensores de ultrasonido para Pérez de Diego (2006) son:
Dispositivos que suelen usarse para la detección de obstáculos, estos alcanzan mucho más que los fotoeléctricos, inductivos y capacitivos. Se basan en un emisor y un receptor, el primero se encarga de generar ondas de sonido sobre los 40 KHz, es decir 40.000 Hz, una frecuencia elevada que no es audible por el oído humano. La onda generada viaja a través del aire hasta llegar a un punto donde colisiona y regresa de algún modo hasta un receptor, este regreso viene originado por la reflexión y hay parámetros para que dicha reflexión se cumpla con respecto al ángulo de incidencia desde el emisor y el obstáculo. (p. 21). (Ver figura 3).
Figura 3. Funcionamiento del ultrasonido. Fuente: Pérez de Diego (2006).
2.7.5 Encoder
Bickle (2003) establece que los encoder, “son usados para el
posicionamiento y control de motores. Se acoplan al eje del motor y van
rodando con él. Se basan en una rueda con unos agujeros. En un lado hay
[Escribir texto]
un emisor de luz y en el otro un receptor. Cuando el encoder gira, el receptor
va dando pulsos y se logra saber la velocidad y la posición del motor; todo
esto con una configuración ya preestablecida, pudiendo ser modificada
nuevamente.
Los hay incrementales (emiten un pulso y se configura para que cuente
a través de la suma para saber dónde está en cada momento) y absolutos (te
dan siempre la posición absoluta) o fija, es decir, envía los datos y siempre
los está analizando de manera que sabe su posición”. (p.15). (Ver figura 4 y
figura 5).
Figura 4. Diseño de Encoder óptico. Fuente: Bickle (2003).
La figura anterior representa la codificación de un disco para el uso de
encoder. Este posee 360°, que son divididos en ocho (8) partes iguales de
45° cada una, donde a su vez se dividen en tres partes cada una, esto
representa la codificación en código Gray que después se transforma en
código binario. El color negro representa un uno (1) lógico y el blanco un cero
(0) lógico.
[Escribir texto]
Figura 5. Ejemplo de un encorder. Fuente: Bickle (2003)
2.8 Sensores De Gas
2.8.1 Principios De Funcionamiento
Para Fígaro (2009), fundamentalmente los principios de funcionamiento del
sensor son:
Utilizan oxido metálico como material sensor, normalmente SnO2. Cuando un cristal de oxido metálico como el dióxido de estaño (SnO2) es calentado a una temperatura elevada, la superficie de cristal absorbe el oxigeno y una carga negativa. Posteriormente los electrones en las superficies de cristal son transferidos al oxigeno absorbido, dando como resultado una carga positiva. De este modo, el potencial en la superficie actúa como una barrera contra el flujo de electrones, (Ver figura 6).
Según Fígaro (2009), el sensor de gas tipo catalítico TGS6810, puede:
[Escribir texto]
Detectar el metano y los gases licuados del petróleo, el butano y propano, se ha desarrollado para la detección de gas residencial e industrial. Está hecho con la más alta calidad de materiales y con gran tecnología de punta. Estos pueden resistir y tener gran durabilidad, estabilidad, respuesta rápida, y la salida lineal ante las condiciones más extremas de uso, además es mäs durable contra compuestos de silicona que los sensores tradicionales.
Figura 6. Modelo de barrera de potencial de entre-grano (ausencia de
gases). Fuente: Figaro (2009).
Fígaro (2009). Establece que:
En parte interior del sensor la corriente atraviesa la unión de los micro-cristales de oxido de estaño (SnO2). En la unión del material detector del oxigeno absorbido forma una barrera de potencial la cual previene que las cargas se mueven con gran libertad. La resistencia eléctrica del sensor es proporcionada a esta barrera de potencial. En la presencia de un gas reductor, la densidad del oxigeno cargado negativamente disminuye, el cual produce que la altura de la barrera en la unión se disminuya. (Ver Figura 7).
[Escribir texto]
Figura 7. Modelo de barrera de potencial de entre-grano
(presencia de gases). Fuente: Figaro (2009).
Para Figaro (2009). “La relación entre la resistencia del sensor y la
concentración de gas reductor puede ser expresada por encima de un cierto
rango de concentración de gas, con la siguiente ecuación” (p.2). (Ver fórmula
A).
Donde:
Rs = resistencia eléctrica del sensor
A = constante
C = Concentración de gas
α = Pendiente de la curva de Rs
Fórmula A: resistencia con respecto al sensor de gas. Fuente: Figaro
(2009).
[Escribir texto]
Para Sparkfun (2009), los sensores de gas, “se caracterizan por
detectar gas a bajas y altas concentraciones, es decir a pocas y altas
partículas por millón (ppm), que son moléculas de gas dispersas en el aire.
Estos sensores son capaces de percibir moléculas de todo tipo de gases,
según sea su función”. (p148).
Según Sparkfun (2009), el sensor es capaz de:
Percibir concentraciones de gas licuado del petróleo (GLP), es el MQ-6, este tiene gran sensibilidad a las concentraciones de gas en el aire, es decir partículas por millón (ppm), también tiene el beneficio de aportar rapidez en cuanto a la respuesta de transmisión que es enviada de forma analógica a un captador o sistema de control para un análisis de la misma y así ejecutar una orden cualquiera según sea el diseño del sistema a controlar.
Es necesario destacar que Sparkfun hace uso del sensor MQ-6 para la
apropiada detección de gas butano y propano, siendo lo necesario para
realizar este proyecto de investigación, pudiendo captar moléculas de gas en
el aire sobre los 200 y 10.000 (ppm); también el sensor MQ-6 viene en un
encapsulado metálico con una rejilla, donde capta el dicho gas y sus
respectivos seis (6) pines de alimentación y salida eléctrica. (Ver figura 8).
[Escribir texto]
Figura 8. Diagrama interno del sensor MQ-6. Fuente: Sparkfun (2009).
En la figura 8, se demuestra la configuración interna del sensor MQ-6 y
de los pines o patas de conexión. Este sensor tiene la característica de
poseer dos lados simétricos y puede ser usado desde perspectivas distintas.
(Ver figura 9).
Figura 9. Diagrama de los dos tipos de conexiones existentes del sensor
MQ-6. Fuente: Sparkfun (2009).
[Escribir texto]
2.9 Sistemas De Control
Ogata Katsuhiko (2007) señala con respecto a los sistemas de control,
que los mismos proporcionan los medios para conseguir un comportamiento
óptimo de los sistemas dinámicos, mejorar la productividad, simplificar el
trabajo de muchas operaciones manuales repetitivas y rutinarias, así como
de otras actividades.
El autor antes mencionado, propone la siguiente clasificación de los sistemas
de control:
- Los sistemas de control se clasifican básicamente en sistemas de
lazo abierto y sistemas de lazo cerrado.
- En los sistemas de lazo abierto la señal de salida no tiene
influencia sobre la entrada. El proceso se ejecuta estableciendo
las condiciones iníciales necesarias para obtener un resultado
determinado.
- Si por acción de la variación de las condiciones externas al
sistema no se logra el resultado deseado, no hay posibilidad de
poderlos cambiar durante el proceso.
En cambio, en los sistemas de lazo cerrado la señal de salida tiene
influencia sobre la entrada, es decir, que si existe una desviación entre la
salida real y la deseada, el autómata realiza los ajustes necesarios para
aproximarlas lo más posible, ya que aquí si existe realimentación de
información.
[Escribir texto]
Para Ogata Katsuhiko (2007) los sistemas modernos de control se
basan en el concepto de lazo o bucle cerrado. En el mismo, cíclicamente se
realizan las siguientes tareas durante el proceso:
1- Captación del valor de las señales de entrada a través de los sensores
y los dispositivos de entrada respectivos.
2- Evaluación o procesamiento de los valores recibidos en comparación
con los valores deseados.
3- Si es necesario, generación de una respuesta correctiva por parte del
actuador final.
El autor en referencia, sostiene que, los sensores o detectores captan
las entradas procedentes del proceso y entorno externo. Estos transductores
convierten la información física real, como tensión, temperatura, posición,
etcétera, en una señal que generalmente es de tipo eléctrico.
Los sensores suelen clasificarse en función de la magnitud que miden
(temperatura, intensidad, velocidad, nivel, etcétera).
Asimismo, las señales que entregan pueden ser del tipo analógico o digital,
incluyéndose en este último grupo los que detectan estados ON / OFF, como
por ejemplo los límites de carrera.
Según Ogata Katsuhiko (2007), una señal analógica “tiene la
capacidad adquirir un número ilimitado de valores, dentro de un rango
limitado por un máximo y un mínimo. Por ejemplo son las generadas por
sensores de presión, temperatura, peso, flujo de caudal.”(p.83)
En cambio, una señal digital sólo puede adquirir un número
determinado de valores. Los mismos habitualmente se codifican empleando
[Escribir texto]
un sistema binario de numeración (basado en dos valores: 0 y 1).
Habitualmente estos ceros y unos se agrupan en conjuntos de 8 ó 16 dígitos
binarios (8 y 16 bits), formando valores interpretables por el autómata.
(Ob.Cit, p.84)
3.0 Diseño Del Sistema
Para E. Kendall Kenneth (2009), el diseño del sistema se basa en:
El ciclo de desarrollo de los sistemas, en donde el analista de sistemas usa la información que recolectó con anterioridad y elabora el diseño lógico del sistema de información. El analista diseña procedimientos precisos de captura de datos, con el fin de que los datos que se introducen al sistema sean los correctos. El analista también diseña accesos efectivos al sistema de información, mediante el uso de las técnicas de diseño de forma y de pantallas. (p. 56)
3.1 Ciclo De Desarrollo De Los Sistemas
Según E. Kendall Kenneth (2009), el ciclo de desarrollo de los sistemas se
basa en:
El enfoque sistemático que el analista aplica en el análisis y el diseño de los sistemas informáticos. Una gran parte de éste, se encuentra en lo que se denomina como el ciclo de desarrollo de los sistemas o ciclo de vida de los sistemas (SDLC), Systems Development Life Cycle. El SDLC es un enfoque por etapas de análisis y de diseño, que postula que el desarrollo de los sistemas
[Escribir texto]
mejora cuando existe un ciclo específico de actividades del sistema analista y usuarios del sistema. (Ver figura 10).
Figura 10. Las siete etapas en el ciclo de vida del desarrollo de un
sistema. Fuente: E. Kendall Kenneth (2009).
[Escribir texto]
Para E. Kendall Kenneth (2009).Las siete etapas en el ciclo de vida del
desarrollo de un sistema señaladas en la figura anterior se describen a
continuación:
- Identificación de problemas: en esta etapa del ciclo de desarrollo de
los sistemas, el analista se involucra en la identificación, de las
oportunidades y de los objetivos. Esta fase es crucial para el éxito del
resto del proyecto final, pues nadie estará dispuesto a desperdiciar su
tiempo dedicándolo al problema equivocado. Esta etapa requiere que
se observe de forma objetiva lo que ocurre en una empresa. Luego, en
conjunto con los otros miembros de la organización hará notar los
problemas. La identificación de los objetivos también es un
componente de la primera fase. En primera instancia, se deberá cubrir
lo que el cliente requiera, y luego estará en posibilidad de determinar
si el uso de o los sistemas de información realizados, son capaces de
alcanzar las metas planteadas.
- Determinación de los requerimientos de información: esta etapa se
define en la determinación de los requerimientos de información a
seguir a partir de los usuarios particularmente involucrados. Para
identificar los requerimientos de información dentro las necesidades
del cliente, pueden utilizarse diversos instrumentos, los cuales
incluyen: el muestreo, el estudio de los datos y formas usadas por la
organización, la entrevista y los cuestionarios respectivos.
[Escribir texto]
- Análisis de las necesidades del sistema: esta etapa que ejecuta el
analista de sistemas consiste en analizar las necesidades propias del
sistema a realizar. Existen herramientas y técnicas especiales que
facilitan la realización de las determinaciones requeridas. Durante
esta fase el programador del sistema también analiza las decisiones
estructuradas por realizar, que son cumplimientos donde las
condiciones pueden ser alternativas como crear alguna posible idea
que provenga de otro sistema y sea capaz de cumplir con los
requerimientos exigidos.
- Diseño del sistema recomendado: esta etapa se caracteriza por el
ciclo de desarrollo de los sistemas, se usa la información recolectada
con anterioridad y se elabora el diseño lógico del sistema de
información, también se diseña el procedimiento preciso de captura de
datos, con el fin de que los datos que se introducen al sistema sean
los correctos. Para el diseño también se incluye el diseño de los
archivos o la base de datos que almacenará aquellos datos
requeridos por quien toma las decisiones en la organización. Una
base de datos bien organizada es fundamental para cualquier sistema
a diseñar.
- Desarrollo y documentación del Software: En esta parte del ciclo de
desarrollo del sistema es trabajado por los programadores para
desarrollar la parte funcional que es el corazón del sistema a realizar.
[Escribir texto]
Los programadores usan diferentes programas para el desarrollo de
esto, es decir, existe el Microsoft Visual Estudio, Assembler, Java,
Fortran, Prolog, Clipper, C++ y otros que son considerados por
muchos como lenguajes de alto y bajo nivel.
- Pruebas y programación del sistema: en esta etapa la programación ya
creada debe probarse antes de ser entregado al cliente y es
necesario para minimizar costos. Será probado por los creadores y su
cliente así se toman en cuenta los detalles más significativos y así si es
necesario una mejora se establece un mantenimiento a la rutina
del sistema según sea su desempeño a lo largo de su vida útil.
- Implantación y evaluación del sistema: esta etapa considerada de
culminación, el programador dicta instrucciones al cliente u eperario
del sistema, ya que debe de tener los conocimientos básicos de
capacitación para eventos de rutina como reparación de fallas y otros
percances.
En los “detectores ON/OFF, como los interruptores de final de carrera,
adopta el valor 0 ó 1 dependiendo de su estado (hay tensión o no hay
tensión).”
Los dispositivos de entrada permiten establecer el diálogo hombre-
máquina para que el operador pueda gobernar el funcionamiento
correcto de las máquinas instaladas, verificando condiciones de
[Escribir texto]
arranque, alterando el proceso, cambiando la velocidad, realizando
paradas de emergencia. También pueden medirse determinadas
condiciones externas, como tensión, intensidad y temperatura del
entorno, y ser utilizadas para alterar el proceso de control. (Ogata
Katsuhiko ,2007).
Este autor, afirma que “A menudo la señal eléctrica producida por el
sensor o dispositivo de entrada no está en una forma directamente
utilizable por el autómata o controlador lógico. Por lo tanto necesita ser
previamente convertida; amplificándola si es débil, filtrándola para
cambiar su frecuencia, convirtiéndola de digital a analógica o
viceversa.”(Ibídem).
El autor antes edificado, señala que el controlador lógico o autómata
programable (PLC) es el cerebro del sistema de control. Recibe las
señales procedentes de los sensores y dispositivos de entrada, y las
interpreta para decidir cuál salida tiene que accionar, si es necesario.
3.2 Micro-Controladores
Para Parallax (2009), los micro-controladores son:
Un circuito integrado que contiene muchas de las mismas cualidades que una computadora de escritorio, tales como la CPU, la memoria, etc., pero no incluye ningún dispositivo de “comunicación con humanos”, como monitor, teclados o mouse. Los micro-controladores son diseñados para aplicación de control de máquinas, es decir, se les programa con una finalidad y estos deben cumplir con lo que se le indique; sus usos son diversos, se
[Escribir texto]
les puede encontrar en cosas tan insignificantes como un juguete para niños hasta en satélites y cohetes espaciales.
Según Martín Cuenca, Angulo Uscategui y Angulo Martínez, en su libro:
Micro-controladores PIC la solución en un chip, un micro-controlador está
definido de la siguiente forma: Un micro-controlador es un circuito integrado
de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los elementos
que configuran un controlador. Se dice que es la solución en un chip porque
su tamaño minimiza el número de componentes y el coste. (p. 6)
Según Noguera (2005). Se puede afirmar que: “los micro-controladores
presentan todas las prestaciones que contiene una computadora actual,
todos los integrados en un solo chip, y estos componentes son los
siguientes:
- Procesador o CPU (Unidad Central de Procesos).
- Memoria RAM para almacenaje de cualquier dato.
- Memorias tipo ROM, EPROM, EEPROM o flash.
- Diversidad de puertos de entradas y salida.
- Diversos Módulos para el control de periféricos (Temporizadores,
puertas serie y paralelo y convertidores análogo digital.
- Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento
de todo el sistema.
[Escribir texto]
Para Noguera (2005), los pines del micro-controlador se conocen como:
El número de puertos de entrada y salida, componentes internos y tipos de memoria, que permiten seleccionar el más adecuado para el desarrollo de la aplicación deseada. Con el uso de micro-controladores en las aplicaciones se aumenta la fiabilidad del sistema ya que el mismo el presentar un alto grado de integración de componentes se reduce el riesgo de averías y se precisan menos calibraciones. Dado que las características de control están programadas el mismo presenta una mayor flexibilidad, ya que su modificación solo precisa cambios en el programa de instrucciones. Esto implica una importante acomodación a las circunstancias que rodean la aplicación final, junto a una gran rapidez en la implementación de posibles nuevos cambios. (p.35)
En muchos casos se pueden conseguir diferentes tipos de micro-
controladores como los del fabricante Microchip (Pic), Motorola, Hitachi,
National Semiconductory, SGS-Thomson y otros que son muy usados a nivel
mundial.
En Venezuela, el uso de los micro-controladores ha sido más con los
del fabricante de Microchips, debido a su fácil uso y bajo costo. Estos son
fáciles de entender y operar, ya que su configuración de pines se representa
con grandes detalles. (Ver figura 11).
[Escribir texto]
Figura 11. Configuración de los pines de la gama PIC16F870 del
fabricante MIcrochip. Fuente: Microchip (2009).
El fabricante Microchip produce la común gama 16F870, es decir,
dentro de esta hay muchos modelos que son muy similares pero se adaptan
a las necesidades de los usuarios. Los Pics varían por sus tamaños y
funciones internas, es por eso que antes de hacer uso de ellos en necesario
estudiar las especificaciones
Los Pic poseen un diagrama de bloques con respecto a su
funcionalidad, es decir, se puede observar los más mínimos detalles de su
parte interna como, la memoria, los registros, las variables que intervienen en
sus funciones, (provenientes del exterior y sirven según sea su
programación). (Ver figura 12).
[Escribir texto]
Figura 12. Ejemplo del diagrama de bloque del PIC 16F870. Fuente:
Microchip (2009).
3.3 Electro-Válvula
Para el fabricante Ehcotech International Inc. (2009), la electro-válvula es:
Un dispositivo electromecánico utilizado para controlar el flujo de líquido o de gas. La válvula solenoide es controlada por la corriente eléctrica, que se ejecuta a través de una bobina. Cuando la bobina se activa, un campo magnético es creado, haciendo que
[Escribir texto]
un émbolo dentro de la bobina se mueva. Dependiendo del diseño de la válvula, cuando la corriente eléctrica se retira de la bobina, la válvula vuelve a su posición original o normalmente cerrada. Las válvulas de solenoide en directa actuación, hace que el émbolo se abre y cierra un orificio en el interior de la válvula.(p.187)
Un dispositivo llamado piloto dentro de la válvula de accionamiento
(también llamado el servo-type), hace que el émbolo se abre y cierre un
orificio piloto. Aumentando la presión en el conducto de línea que está
dirigido a través del orificio del piloto, abre y se cierra el sello de la válvula”.
Las válvulas solenoides más comunes tienen dos puertos: un puerto de
entrada y un puerto de salida. Diseños más avanzados pueden tener tres o
más puertos. Algunos diseños utilizan un diseño de tipo múltiple. Conocidos
como válvulas de diversas vías o canales.
Según el fabricante Ehcotech International Inc. (2009), el uso de electro-
válvulas:
Facilitan la automatización de las industrias, por el control característico sobre el solenoide, haciendo posible el manejo de diferentes fluidos como gases y líquidos. Estas válvulas de solenoide ofrecen un funcionamiento rápido, alta fiabilidad, larga vida útil, y diseño compacto”. La figura 13 representa los componentes básicos de una válvula solenoide. La válvula es un dispositivo que se encuentra normalmente cerrado, directo que actúa mediante un pulso eléctrico quedando abierta para el flujo de cualquier fluido. (Ver figura 13).
[Escribir texto]
Figura 13. Esquema de los componentes principales de una electro-
válvula. Fuente: Fabricante Ehcotech International Inc. (2009).
Los medios de comunicación controlados por la válvula solenoide
entran en la válvula por el puerto de admisión ó entrada (2). El fluido debe
recorrer a través del orificio (9), antes de ser expulsado en el puerto de salida
(3). El orificio está cerrado ó abierto por el émbolo (7), este tiene la función
[Escribir texto]
de puerta y según sea la posición UP/DOWN, permite el paso o no del fluido.
Sí el embolo está en UP hay flujo constante y sí está en DOWN no fluye
nada a través de la válvula.
3.4 Embobinado De Una Válvula Solenoide
Para el fabricante Ehcotech International Inc. (2009), el objetivo del
embobinado de la válvula solenoide es:
Convertir la energía eléctrica en el movimiento lineal. El embobinado consiste en el cable de cobre (o el aluminio) el arrollado a un marco magnético. Cuando fluye la corriente eléctrica por el rollo, un campo magnético es creado. En una válvula solenoide, llaman el émbolo de válvula al corazón ferro magnético. Cuando el flujo de corriente pasa por el rollo, las líneas de flujo magnético se convierten en el émbolo en un electroimán. El campo magnético hace que el émbolo se deslice encima del rollo o bobina, abriendo el orificio del cuerpo de válvula o el orificio piloto. (p.115)
El embobinado de la válvula solenoide puede usarse en electricidad de
corriente continua o corriente alterna, aunque puede exponerse a diversas
corrientes, los voltajes utilizados son los siguientes. (Ver tabla 2).
[Escribir texto]
Cuadro 2. Diferentes tipos de corrientes y voltajes aplicados al
embobinado de una Válvula solenoide. Fuente: Fabricante Ehcotech
International Inc. (2009).
Haciendo referencia al fabricante antes mencionado, es de señalar que:
La selección adecuada para el uso de electro-válvulas, es necesario
considerar el material interno y externo de esta, así como también, los sellos,
que son por lo general el factor más restrictivo de una válvula solenoide. La
selección del sello debería tomar los siguientes factores en consideración:
- Las propiedades químicas de los medios de fluido.
- Temperatura de los medios de fluido.
- Presión del sistema usado.
Según el autor en referencia se destacan los siguientes materiales:
- Nitrile Rubber (NBR / Buna-N) ó caucho de nitrilo: químicamente
Butadiene Acrylonitrile, es considerado el material estándar para
fluidos neutros por muchos. El caucho de nitrilo puede soportar
temperaturas de medios de fluido aproximadamente a 190 °F
(90°C) en la base continua, y temperaturas más altas sin
regularidad. NBR se deteriora a ser expuesto a luz del sol,
debilitándolo y haciendo que pierda su función de protección.
Tipo de corriente y voltaje.
6 voltios DC.
12 voltios DC.
24 voltios DC.
24 voltios AC.
120 voltios AC.
220/240 voltios AC.
[Escribir texto]
- NBR posee los sellos para los medios de fluidos más comunes,
como el agua, aire, combustibles líquidos y gaseosos, aceites
minerales y sintéticos.
- NBR también tiene la capacidad de resistencia óptima a materiales
como hidrocarburos alifáticos, petróleo, aceite mineral, aceite
vegetal, fluidos hidráulicos, alcohol, ácidos y gases.
- NBR tiene una resistencia pobre a materiales como el ozono,
acetona, cetona de etilo y de metilo, hidrocarburos tratados con
cloro, éteres y esteres.
- EPDM Rubber (EPDM de caucho) caucho de etileno propileno
dieno de tipo monómero. Las electro-válvulas de EPDM Rubber
poseen sellos que son aptos para el empleo de agua caliente La
temperatura de servicio máximo de EPDM es aproximadamente
250 °F (120 °C). EPDM es inadecuado para el empleo con la
mayor parte de aceites y combustibles.EPDM posee los sellos
para los medios de fluidos más comúnmente son usados como el
agua caliente ó fría, vapor, freón y aire.
- Tiene una gran resistencia a sustancias químicas que se oxidan en
medios con concentraciones de álcalis, cetonas, alcoholes y hasta
luz solar.
- Tiene poca resistencia a materiales como solventes, hidrocarburos,
aceites y ácidos concentrados.
[Escribir texto]
3.5 Difusor De Alarma Sonora
La alarma, según Montesco (2009) es:
Un elemento formado generalmente por una sirena (o campana) que advierte de la ocurrencia de una intrusión detectada por el sistema, mediante una señal sonora de alto nivel. En algunos casos, también puede incluir algún tipo de señalización visual, como balizas y destalladores (flash), para aquellas personas que tienen problemas de audición o cuando existe un alto nivel de ruido ambiente. La sirena exterior se coloca dentro de un gabinete para su protección, y se instala en la fachada de la casa, comercio o industria a proteger. Además de su función de alertar en los casos en que se ha detectado algo diferente de lo normal. (p.15)
En todos los casos, estas sirenas emiten un sonido de unos 120
decibeles (equiparable al sonido de una ambulancia), para determinar el tipo
de alarma a instalar debe tenerse en cuenta algunos factores como el nivel
de ruido ambiental, el tipo y calidad del sonido ambiental, la duración de la
señal requerida, el nivel acústico deseado y la alimentación eléctrica
disponible. Por ello, para su correcta instalación hay que tener en cuenta la
presencia de fuentes de sonido en los locales a proteger, como por ejemplo
equipos de aire acondicionado, sistemas estereofónicos, televisores,
etcétera, que eventualmente impidan la audición de las sirenas de alarma.
Por otro lado, el entorno en el cual un señalizador luminoso debe ser
instalado, es lo que determina tanto el tipo de producto como la intensidad
luminosa necesaria para cada aplicación. Por ello, un avisador luminoso
[Escribir texto]
diseñado para uso industrial, que incorpora una gran salida luminosa nunca
podrá ser adecuado para un domicilio y viceversa. (Ver figura 14).
Figura 14. Difusor de alarma sonora reforzado con avisador luminoso de
flash modelo AB121RTH. Fuente: Fabricante SpectrAlarm (2009).
Según el fabricante SpectrAlarm (2009). Las características del difusor de
alarma sonora AB121RTH son las siguientes:
Características:
- Receptor acústico de 126dB.
- Faro giratorio estroboscópico de xenón 15J 20/25W.
- 45 tonos de la alarma.
- Opción de la alarma de 3 etapas
- Control de volumen.
[Escribir texto]
3.6 Definición De Términos Básicos
Baliza: es un objeto señalizador, utilizado para indicar un lugar geográfico o
una situación de peligro potencial. Fuente: Wikipedia.org (2009).
Corriente eléctrica: es la circulación de cargas o electrones a través de un
circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo
positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM). Fuente:
(Walsöe de Reca 2004).
Combustible: es cualquier material capaz de liberar energía cuando se
quema, y luego cambiar o transformar su estructura química. Fuente:
Wikipedia.org (2009).
Cocina: es un artefacto para calentar alimentos que puede funcionar
mediante diversos combustibles o por electricidad. Fuente: Wikipedia.org
(2009).
Cetona: es un compuesto orgánico caracterizado por poseer un grupo
funcional carbonilo, que consiste en un átomo de carbono unido con un doble
enlace covalente a un átomo de oxígeno, y además unido a otros dós átomos
de carbono. Fuente: Wikipedia.org (2009).
Electro-válvula: dispositivo electro-mecánico de usos diversos para
tuberías. Controla el flujo de un fluido. Fuente: Direct Industry (2009).
Eteres: es cada uno de los compuestos orgánicos cuya estructura molecular
presenta un átomo de oxígeno entre dos radicales orgánicos. Fuente:
Sensagent (2009).
[Escribir texto]
Esteres: son compuestos orgánicos en los cuales un grupo orgánico
reemplaza a un átomo de hidrógeno en un ácido oxigenado. Fuente:
Wikipedia.org (2009).
Estroboscópico: es el efecto óptico que se produce al iluminar mediante
destellos, un objeto que se mueve en forma rápida y periódica. Fuente:
Wikipedia.org (2009).
Freón: es una marca de refrigerantes de DuPont. Estos refrigerantes están
compuestos por clorofluorocarbonos (CFC), productos dañinos para el
Ozono, dado el efecto de que al elevarse los CFC a la capa de Ozono lo
descomponen. Fuente: Wikipedia.org (2009).
Gas licuado del petróleo: es la mezcla de varios gases, que provienen de
la purificación de combustibles fósiles, está compuesto principalmente por
gas butano y propano. Fuente: Barberii (1983),
Gas natural: es la un combustible fósil, no renovable proveniente de
yacimientos subterráneos. Fuente: Barberii (1983),
Gas Butano: es un gas licuado del petróleo GLP, obtenido por destilación
del petróleo, compuesto por butano normal en un (60%), propano un (9%),
isobutano un (30%) y etano un (1%), Su fórmula química es C4H10. Fuente:
Galarza y Gómez (2003).
Gas Propano: es un gas incoloro e inodoro. Pertenece a los hidrocarburos
alifáticos (perteneciente a la familia de los alcanos). Su fórmula química es
C3H8. Fuente: Galarza y Gómez (2003).
[Escribir texto]
Hidrocarburos: Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados
únicamente por átomos de carbono e hidrógeno. Consisten en un armazón
de carbono al que se unen átomos de hidrógeno. Forman el esqueleto de la
materia orgánica. También están divididos en abiertas y ramificadas. Fuente:
Wikipedia.org (2009).
Hidrocarburos alifáticos: son compuestos orgánicos constituidos por
carbono e hidrógeno, en los cuales los átomos de carbono forman cadenas
abiertas. Los hidrocarburos alifáticos de cadena abierta se clasifican en
alcanos, alcenos o alquenos y alcinos o alquinos. Fuente: Wikipedia.org
(2009).
Micro-controlador: dispositivo lógico reprogramable de dimensión reducida.
Fuente: Microchip (2009).
Potencia eléctrica: es la magnitud que mide la energía eléctrica consumida
por unidad de tiempo. Fuente: Rodríguez, A. (2001).
Presión: es la presión ejercida por el aire en cualquier punto de la atmósfera.
Fuente: Galarza y Gómez (2003).
Prototipo: es una visión preliminar del sistema futuro que se implantara.
Fuente: Kuo.(1983)
Partes por millón (ppm): es una unidad de medida que se refiere a los mg
(miligramos) que hay en un kg de disolución. Fuente: Wikipedia.org (2009).
Sensor: Molina (2009) establece que, un sensor “no es más que un
dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y
transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que son capaces de
cuantificar y manipular”.
[Escribir texto]
Tubería: es un conducto que cumple la función de transportar fluidos a bajas
o altas presiones. Fuente: El autor.
Volumen: es una magnitud definida como el espacio ocupado por un cuerpo
Fuente: Wikipedia.org (2009).
3.7 Sistema De Variables
Según Balestrini (2006), el sistema de variables es un importante
aspecto del marco teórico, por que plantea la existencia de algún tipo de
relaciones entre ellos y los conceptos, como dimensión de un objeto que
adquiere distintos valores y por lo tanto varía.
También se definen como las propiedades, características, atributos y
manifestaciones de los objetos o sujetos a estudiar en una investigación.
(Ver cuadro 3).
73
Cuadro 3. Sistema de operacionalización de variables.
Fuente: El autor.
Objetivos específicos
Variables
Dimensión
Indicador
Fuente
Inst. de recolección de
datos Precisar los requerimientos exigidos por las empresas prestadoras del servicio de gas, con respecto a la automatización de la detección de fugas de gas en tuberías.
Requerimientos exigidos relacionados con el funcionamiento del sistema propuesto.
Funciones que ejecutará el sistema prototipo.
-Detección de fugas de gas. -Control de fugas de gas.
Investigación
de campo.
Entrevista.
Identificar la estructura que define las tuberías de gas butano y propano, utilizado a nivel residencial e industrial.
Estructura de la tubería de gas butano y propano.
- Forma. - Tamaño. - Materiales. - Resistencia.
-Cilíndrica. -Grande, mediana
y pequeñas. - Cobre y Acero. - Contra corrosión y desgaste pero
débil a los golpes.
Investigación documental e investigación
de campo.
Entrevista, observación y fichas técnicas.
Realizar el diseño del sistema prototipo para la detección y control de fugas de gas en tuberías atendiendo a los requerimientos de las empresas y estructura de las tuberías usadas en residencias e industrias.
Parámetros para el diseño del
prototipo.
Hardware y
Software.
-Componentes activos: voltios y
amperes. -Componentes
pasivos: resistividad,
capacitancia y potencia. -Puertos.
- Interrupción. - Memoria
- Lenguaje de programación.
Investigación de campo y documental.
Entrevista, observación y fichas técnicas.
Realizar pruebas al sistema prototipo para prototipo para validar su funcionamiento.
Validación del
sistema propuesto.
Montaje
estructural.
-Detección de gas. -Transmisión del
mensaje. - Corte del suministro.
Investigación
de campo.
Observación y fichas
técnicas.
74
CAPÍTULO III
4. MARCO METODOLÓGICO
Para Balestrinis Acuña. (2006), El Marco Metodológico:
Está referido al momento que alude al conjunto de procedimientos lógicos, tecno-operacionales implícitos en todo proceso de investigación, con el objeto de ponerlos de manifiesto y sistematizarlos; a propósito de permitir descubrir y analizar los supuestos del estudio y de reconstruir los datos, a partir de los conceptos teóricos convencionalmente operacionalizados. (p.125).
Partiendo de esta consideración teórica, se describe a continuación
el enfoque metodológico, que guiara el desarrollo de esta
investigación:
4.1 Tipo De Investigación
Según los autores Palella Stracuzzi y Martins Pestana. (2006) “El tipo
de investigación se refiere a la clase de estudio que se va a realizar. Orienta
sobre la finalidad general del estudio y sobre la manera de recoger las
informaciones o datos necesarios” (p.97).
En atención al planteamiento de los autores antes señalados y
considerando la meta establecida en el objetivo general de esta
[Escribir texto]
investigación, el tipo de investigación seleccionado para guiar este estudio,
se denomina Desarrollo experimental. Es de señalar que este tipo de
investigación, se seleccionó por cuanto responde al paradigma de
investigación científica, que parte del principio teórico del Desarrollo
Tecnológico, propuesto por la Organización de Cooperación y Desarrollo
Económico, de la Organización de Estados Americanos, en el Manual
Frascati. (2002), se emplea para desarrollara sistemas o prototipos
novedosos.
Según el Manual Frascati. (2002):
La investigación y el desarrollo experimental (I+D) comprenden el trabajo creativo llevado a cabo de forma sistemática para incrementar el volumen de conocimientos, incluido el conocimiento del hombre, la cultura y la sociedad, y el uso de esos conocimientos para crear nuevas aplicaciones. El término I+D engloba tres actividades: investigación básica, investigación aplicada y desarrollo experimental; La investigación básica consiste en trabajos experimentales o teóricos que se emprenden principalmente para obtener nuevos conocimientos acerca de los fundamentos de los fenómenos y hechos observables, sin pensar en darles ninguna aplicación o utilización determinada. La investigación aplicada consiste también en trabajos originales realizados para adquirir nuevos conocimientos; sin embargo, está dirigida fundamentalmente hacia un objetivo práctico específico. El desarrollo experimental consiste en trabajos sistemáticos que aprovechan los conocimientos existentes obtenidos de la investigación y/o la experiencia práctica, y está dirigido a la producción de nuevos materiales, productos o dispositivos; a la puesta en marcha de
[Escribir texto]
nuevos procesos, sistemas y servicios, o a la mejora sustancial de los ya existentes. (p.30).
En este Manual, se representa la justificación de esta selección, es
decir, cuando se señala que el Desarrollo experimental, se afirma que esta
modalidad de investigación, representa el trabajo sistemático que se vale del
conocimiento existente obtenido de la investigación y la experiencia práctica
con el propósito de analizar los materiales y dispositivos usados y verificar si
existe algunos comunes entre si y si son de mejor calidad y eficiencia con
respecto a la funcionalidad (p.232)
Este tipo de investigación, se ubica dentro de la modalidad antes
identificada; por cuanto permite desde el punto de vista metodológico y
técnico:
1 - Efectuar un diagnóstico del proyecto factible, y verificar la relación
existente con respecto a los sistemas ya creados que posean las
características similares al dispositivo o prototipo objeto de estudio.
2 - Analizar y efectuar ciertas soluciones a los objetivos del desarrollo de
estudio, es decir, si llegase a ocurrir algún imprevisto en el prototipo se
buscara la falla y se procede a repara dicha falla.
[Escribir texto]
4.2 Diseño De La Investigación
Palella Stracuzzi y Martins Pestana. (2006), resaltan la importancia del
diseño en la validez de la obtención del conocimiento científico, en el
siguiente planteamiento: “El diseño de investigación se refiere a la estrategia
que adopta el investigador para responder al problema, dificultad o
inconveniente planteado en el estudio.”(p.95).
El diseño empleado en este proyecto de investigación, responde a los
objetivos establecidos en el mismo. En este sentido, el diseño que se aplico
se integrado por:
Diseño de Campo: este diseño permitió obtener información de las
unidades de estudio, sobre la estructura y funcionamiento de los sistemas de
tuberías de gas butano y propano, utilizadas para prestar este servicio a nivel
residencial e industrial. Así mismo se recogerá información sobre los
requerimientos de especialistas en la materia para desarrollar el sistema
prototipo.
La validez metodológica del diseño de campo en el proceso de
obtención del conocimiento científico, se observan en el siguiente
planteamiento del Manual de Trabajo de Grado de Especialización y
Maestría y Tesis Doctorales de La Universidad Pedagógica Experimental
Libertador. (2005), cuando señala que:
Se entiende por Investigación de Campo, el análisis sistemático de problemas en la realidad, con el propósito bien sea de
[Escribir texto]
describirlos interpretarlos, entender su naturaleza y factores constituyentes, explicar sus causas y efectos, o predecir su ocurrencia, haciendo uso de métodos característicos de cualquiera de los paradigmas o enfoques de investigación conocidos o en desarrollos. (p.14)
Diseño Documental: favorecerá la revisión de documentos técnicos
especializados en el uso gas butano propano a nivel residencial e
industrial y sobre la tecnología que se aplicará en este desarrollo.
Según Arias (2006), la investigación documental es un proceso
basado en la búsqueda, recuperación, análisis, critica e
interpretación de datos secundarios, es decir, los obtenidos y
registrados por otros investigadores en fuentes documentales tales
como impresas, audiovisuales o electrónicas. (p.27)
4.3 Metodología Y Desarrollo Del Prototipo
La metodología de desarrollo que se aplicará para construir el prototipo
en esta investigación, es la propuesta por el autor Senn James. (1992), esta
metodología se seleccionó, por cuanto parte de la consideración, de que “el
prototipo es un sistema que funciona a cierta escala, la cual permite
comprobar ideas y suposiciones, que estarán orientadas hacia el posterior
desarrollo de un sistema mayor”. (Senn, 1992, p.43).
Senn (1992), establece cinco (5) pasos para la ejecución de un
prototipo, los cuales se tomaron como referencia para desarrollar el prototipo
propuesto en esta investigación. Estos pasos se indican a continuación:
[Escribir texto]
- Evaluación Preliminar:
Permite identificar y focalizar el problema objeto de estudio.
- Identificación De Requerimientos:
En esta fase se identifican las funciones del sistema, a
partir de la necesidad insatisfecha que se quiere resolver.
- Diseño Del Prototipo:
Se define en esta fase, los procesos, relaciones,
procedimientos, entrada y salida de datos; para lograr
ejecutar las funciones establecidas en la fase de
requerimientos.
- Desarrollo Del Prototipo:
Según Senn, en esta fase, se construye el prototipo
siguiendo rigurosamente los parámetros establecidos en su
diseño.
- Prueba Del Prototipo:
En esta fase se realizan las pruebas al prototipo para
validar su funcionamiento y garantizar su desarrollo
definitivo.
[Escribir texto]
4.4 Población Y Muestra
Los autores Palella Stracuzzi y Martins Pestana. (2006), sostienen que:
La población de una investigación es el conjunto de unidades de las que se desea obtener información y sobre las que se van a generar conclusiones. La población puede ser definida como el conjunto finito o infinito de elementos, personas o cosas pertinentes a una investigación y que generalmente suele ser inaccesible. (p.115)
Arias (2006), define la población como “un conjunto finito o infinito de
elementos con características comunes para los cuales serán extensivas
para la conclusión de la investigación”. (p.81)
La unidad de estudio (población) seleccionada para desarrollar el
sistema prototipo, está integrada por:
- Población (A): representada por La Federación de Empresas de
Gas (FEDEMGAS) o cámara empresarial de empresas de gas,
específicamente por las empresas comercializadoras de gas
licuado del petróleo del distrito Capital y el estado Miranda, que
están distribuidas por cinco (5) sub-estaciones de llenado en
donde podemos nombrar las siguientes: Tauro Gas C.A, Vengas
S.A., Marina Gas C.A., Latinoamericana de Gas C.A., Tropigas
S.A.C.A. y Camipa C.A.
[Escribir texto]
- Población (B): integrada por los usuarios de este combustible,
caracterizado por algún centro comercial, específicamente la feria
de comida y alguna zona residencial. La población se definió por
dos centros comerciales, Plaza las América ubicado en el
municipio el Baruta y Paseo El Hatillo ubicado en el municipio El
hatillo por locales pertenecientes a las ferias de comida.
Estas poblaciones se seleccionaron en función de los siguientes criterios:
1.- Aportaron información significativa sobre el gas propano y butano,
su uso a nivel residencial e industrial, características de las tuberías,
procesos de detección y control que deben observarse según las normas de
seguridad que regulan esta materia.
2.- Definieron los requerimientos relacionados con el funcionamiento
del prototipo para la detección y control de fugas de gas en tuberías.
Aplicándose el método denominado censo a cada uno de sus
integrantes, dada la importancia de las opiniones y recomendaciones de
cada uno de los miembros de estas poblaciones para alcanzar los objetivos
propuestos en este proyecto de investigación.
La validez metodológica que refiere la no estimación de muestra de
poblaciones pequeñas, se puede observar claramente, en la afirmación del
autor Tamayo y Tamayo. (1992), cuando destacan que:
Mediante determinadas especificaciones, una población puede ser incluida en otra. En tales casos, podemos referirnos a la población incluida, como sub-población. Un miembro que solo da una población es referido como un elemento de la población. Así
[Escribir texto]
pues, ejemplo, censo es un recuento de todos los elementos de una población. (p.92)
4.5 Técnicas E Instrumentos De Recolección De Datos
Para Balestrini Acuña. (2006) la relevancia de las técnicas e
instrumentos de recolección de datos en el proceso de investigación, la
refleja en el siguiente planteamiento:
Otro importante aspecto a desarrollar en el Marco Metodológico del proyecto de investigación, toda vez que se ha delimitado, el tipo de investigación, su diseño, la población o universo de estudio así como su muestra; está relacionado con la definición de los métodos, instrumentos y técnicas de recolección de la información que se incorporan a lo largo de todo el proceso de investigación, en función del problema y de las interrogantes planteadas; así como, de los objetivos que han sido definidos. Por cierto, conjunto de técnicas que permitirán cumplir con los requisitos establecidos en el paradigma científico, vinculados al carácter específicos de las diferentes etapas de este proceso investigativo y especialmente referidos al momento teórico y al momento metodológico de la investigación. Estás técnicas son diversas según el objeto a que se apliquen y no se excluyen entre sí. Todavía es preciso, por una parte, saber elegir la más adecuada y, por otra utilizarla convenientemente. (p.145)
Por las características de la población objeto de estudio, se selecciono
la entrevista y observación, para recoger los datos durante el estudio de
campo, y como instrumento de recolección de datos, la guía de entrevista y
una guía de observación. (Ver anexo 1 y 2).
[Escribir texto]
El instrumento de recolección tuvo como metodología la aplicación de
dos formas de evaluación, la primera caracterizada por un modelo de
observación ante los resultados obtenidos durante la diseño y construcción
del sistema prototipo, con el fin de atender las inquietudes y necesidades del
proyecto y la segunda establecida por un modelo de entrevista, dispuesto por
cuatro preguntas, de fácil respuesta, esta sirvió como método para dar a
conocer la necesidad e incertidumbre que poseen las personas sobre los
sistemas de seguridad en caso de fugas de gas y también para expresar la
voluntad que genero el desarrollo de este proyecto. Este sistema o
instrumento de recolección de datos fue evaluado, aprobado y certificado
por tres profesores metodológicos como parte de juicio de experto. (ver
anexo 3, anexo 4 y anexo 5)
4.6 Procesamiento Y Análisis De La Información
Balestrini Acuña. (2006), con respecto al procesamiento y análisis de la
información, sostiene que:
En el Marco Metodológico del Proyecto de Investigación, también se deberá plantear como otro aspecto constitutivo del mismo, todo lo referido al análisis e interpretación de los resultados. Al culminar la fase de recolección de la información, los datos, han de ser sometidos a un proceso de elaboración técnica, que permite recontarlos y resumirlos; antes de introducir el análisis diferenciado a partir de procedimientos estadísticos; y posibilitar la interpretación y el logro de conclusiones a través de los resultados obtenidos. Esta etapa, de carácter técnico, pero al mismo tiempo, de mucha reflexión, involucra, la introducción de cierto tipo de operaciones ordenadas, estrechamente relacionada entre ellas, que facilitaran realizar interpretaciones significativas de los datos
[Escribir texto]
que se recogerán, en función de las bases teóricas que orientaran al sentido del estudio y del problema investigado.(p.169).
Para la realización del modelo de entrevista y la guía de observación
se presento a tres (3) correctores metodológicos como parte de juicio de
experto (identificados en el anexo 3, anexo 4 y anexo 5). Esta presentación
se hizo por escrito, con el fin de validar y evaluar el instrumento de
recolección de datos trazados en esta investigación.
La clasificación de los testimonios alcanzados a través del instrumento
de recolección de datos, se llevo a cabo en función a los indicadores
definidos en el cuadro de operacionalización de variables y dada la
naturaleza de estos datos, se realizó un análisis cualitativo de los mismos,
en el cual parte de la consideración, de que:
El análisis e interpretación de los datos, se convierte en la fase de aplicación de la lógica deductiva e inductiva en el desarrollo de la investigación, para esta estrategia, los datos, según sus partes constitutivas, se clasifican, agrupándolos, dividiéndolos y subdividiéndolos atendiendo a sus características y posibilidades, para ellos a fin de dar respuestas a las preguntas de investigación, confrontarlos con las con las hipótesis, bien sea para rechazarlas o aceptarlas. (Balestrini Acuña, 2006, p.170)
[Escribir texto]
CAPÍTULO IV
5. Análisis Y Presentación De Los Resultados
A través del estudio realizado a las poblaciones definidas en el capítulo
III de la sección anterior, se presentara de manera ordenada, el análisis e
interpretación de los datos obtenidos mediante la aplicación respectiva del
instrumento de recolección de datos, siendo estos representados y
elaborados mediante la herramienta Microsoft Excel (2007), de Windows XP.
El modelo de guía de observación y el modelo de entrevista que se
presenta a continuación son parte fundamental de las técnicas e
instrumentos de recolección de datos, expuestas en los anexos 1 y 2.
Cuadro 4. Modelo de guía de observación.
Preguntas Respuestas
Si No
Observación
1. ¿Al ser encendido el sistema, funciono correctamente?
x
2. ¿Es consumido de manera normal el gas? x
3. ¿Hay algún tipo de fuga de gas? x
4. ¿Se cierra la electro-válvula después de
presencia de gas?
x
5. ¿Se activa la alarma y los demás dispositivos
de señalización de fuga de gas?
x
6. ¿Se activan todos los dispositivos en secuencia en caso de fuga?
x
[Escribir texto]
7. ¿Hay seguridad en todo el sistema? x
Fuente: El autor.
Figura 15. Modelo de guía de observación. Fuente: El autor.
En la figura 15, se muestra el valor máximo y mínimo del modelo de
guía de observación. Este comprende siete (7) preguntas los cuales
significan el 100% de las preguntas, donde al tener seis (6) respuestas con el
valor positivo y una (1) respuesta negativa, se considera un 85,72% a las
respuestas positivas y un 14,28% a la respuesta negativa. En conclusión la
guía sirve para tener en cuenta todos los detalles por escrito, al ser
construido el prototipo.
[Escribir texto]
Modelo de entrevista (A): centros comerciales.
El cuestionario siguiente se le expuso de manera oral a diez (10)
locales de comida, divididos en dos (2) centros comerciales, uno de ellos
ubicado en el sector EL CAFETAL, municipio BARUTA y el otro ubicado en el
sector LOS NARANJOS, municipio EL HATILLO, en el DISTRITO CAPITAL.
Las preguntas realizadas se hicieron el día 20 de diciembre de 2009, a los
gerentes o encargados de los locales de comida, dentro de la feria de dichos
centros comerciales. Por motivos de seguridad y ética se decidió dar la
entrevista con la condición de no ser expuestos los nombres de estos
establecimientos quedando estrictamente confidencial.
Pregunta 1. ¿Cree usted en la seguridad de los sistemas de
detección de fugas de gas? (Ver cuadro 5).
Cuadro 5. Seguridad de los sistemas de gas (modelo A).
Opciones Valor absoluto Valor exacto
Si 7 70%
No 3 30%
Fuente: El autor.
[Escribir texto]
Figura 16. Seguridad de los sistemas de gas (modelo A). Fuente: El autor.
En la Figura 16, antes expuesta, se representa las respuestas de la
entrevista realizada a los diez (10) locales de comida, teniendo como
respuesta definitiva que siete (7) o 70% de los locales si consideran seguro
los sistemas gas y tres (3) locales o 30%, que no es seguro los sistemas de
gas. Con estos resultados se reconoce la veracidad de los sistemas de
seguridad ante fugas de gas.
Pregunta 2. ¿Conoce usted algún tipo de sistema de seguridad que
detecte una fuga de gas? (Ver cuadro 6).
[Escribir texto]
Cuadro 6. Sistema de seguridad en caso de fuga de gas (modelo A).
Fuente: El autor.
Figura 17. Sistema de seguridad en caso de fuga de gas (modelo A).
Fuente: El autor.
En la figura 17, se representa las respuestas de los locales de comida
sobre si tienen conocimiento de algún tipo de sistema de seguridad en caso
de fuga de gas, indicando ocho (8) o un 80% que no conocen ningún sistema
de seguridad para fugas de gas y dos (2) o 20% que sí conocen. Esto es
Opciones Valor absoluto Valor exacto
Si 2 20%
No 8 80%
[Escribir texto]
significante ante el desconocimiento que hay en la población sobre sistemas
de de seguridad.
Pregunta 3. ¿Considera usted necesario aplicar algún sistema de
seguridad para la detección de las fugas de gas? (Ver cuadro 7).
Cuadro 7. Aplicación de algún sistema de seguridad para la detección
de fugas de gas (modelo A).
Opciones Valor absoluto Valor exacto
Si 10 100%
No 0 0%
Fuente: El autor.
Figura 18. Aplicación de algún sistema de seguridad para la detección
de fugas de gas (modelo A). Fuente: El autor.
[Escribir texto]
En la figura 18, se representa la respuesta de los locales de comida
ante la posibilidad de ser necesario aplicar algún sistema de seguridad para
la detección de fugas gas, indicando la totalidad de los encuestados o el
100% que si es necesaria la aplicación de sistemas de seguridad.
Pregunta 4. ¿Si se le presentara algún tipo de sistema seguridad
para detectar fugas de gas con bajo costo de instalación y
mantenimiento lo compraría? (Ver cuadro 8).
Cuadro 8. Adquisición de algún tipo de sistema de seguridad (modelo A).
Opciones Valor absoluto Valor exacto
Si 10 100%
No 0 0%
Fuente: El autor.
Figura 19. Adquisición de algún tipo de sistema de seguridad (modelo A).
Fuente: El autor.
[Escribir texto]
En la figura 19, antes expuesta, se representa las respuestas de los
locales de comida, sobre si adquirirían algún tipo de sistema de seguridad
para evitar consecuencias que lamentar por fugas de gas, indicando si la
totalidad de los encuestados (100%), esto identifica la necesidad ante los
altos costos de otros sistemas en el mercado.
A través del estudio y análisis de cada una de las respuestas, del
cuestionario expuesto a los locales comida de los centros comerciales, se
pudo establecer como necesario dicho cuestionario ya que en aspectos
generales, si nota el desconocimiento de la seguridad de los sistemas de
gas, por ende se manifiesta cierta preocupación al gran peligro que presenta,
siendo esto factor necesario para adquirir algún sistema seguridad y
aplicarlo. En muchos locales se hizo imposible la entrevista ya que no se les
permite hablar sobre el tema, debido a ser locales o franquicias de
reconocimiento nacional.
Modelo de entrevista (B): Zona residencial.
La zona residencial en el cual se le va a realizar la entrevista, están
ubicadas en la urbanización LOS NARANJOS, municipio EL HATILLO, y la
urbanización SANTA ROSA DE LIMA, DEL MININCIPIO BARUTA
pertenecientes a el DISTRITO CAPITAL. La entrevista se realizo el día 20 y
21 de diciembre de 2009 a diez (10) hogares, específicamente conocidos.
[Escribir texto]
Pregunta 1. ¿Cree usted en la seguridad de los sistemas de
detección de fugas de gas? (Ver cuadro 9).
Cuadro 9. Seguridad de los sistemas de gas (modelo B).
Opciones Valor absoluto Valor exacto
Si 4 40%
No 6 60%
Fuente: El autor.
Figura 20. Seguridad de los sistemas de gas (modelo B). Fuente: El autor.
En el figura 20, antes expuesta, se representa las respuestas obtenidas
por los diez (10) habitantes de las zonas residenciales tomadas en cuenta, y
se obtuvo que seis (6) o 60% no consideran seguro los sistemas de gas y
cuatro (4) o 40% si lo consideran. Esto hace demostración amplia de la
[Escribir texto]
desconfianza que hay en las zonas residenciales, haciendo del los sistemas
de gas poco demandados, ante los sistemas eléctricos.
Pregunta 2. ¿Conoce usted algún tipo de sistema de seguridad que
detecte una fuga de gas? (Ver cuadro 10).
Cuadro 10. Sistema de seguridad en caso de fuga de gas (modelo B).
Opciones Valor absoluto Valor exacto
Si 3 30%
No 7 70%
Fuente: El autor.
Figura 21. Sistema de seguridad en caso de fuga de gas (modelo B).
Fuente: El autor.
[Escribir texto]
En el figura 21, se representa las respuestas, que se le aplico a los
habitantes de la zona residencial, donde se les pregunto sobre el
conocimiento de algún sistema de seguridad para en caso de fuga de gas,
indicando siete (7) o 70% que no y un tres (3) o 30% que si tenían
conocimiento sobre algún sistema de seguridad. Esto reitera que la mayoría
de la población encuestada no tienen conocimiento de ningún sistema de
seguridad.
Pregunta 3. ¿Considera usted necesario aplicar algún sistema de
seguridad para la detección de las fugas de gas? (Ve cuadro 11).
Cuadro11. Aplicación de algún sistema de seguridad para la detección
de fugas de gas (modelo B).
Opciones Valor absoluto Valor exacto
Si 10 100%
No 0 0%
Fuente: el autor.
[Escribir texto]
Figura 22. Aplicación de algún sistema de seguridad para la detección
de fugas de gas (modelo B). Fuente: El autor.
En la figura 22, se exponen las respuestas de los habitantes de las
zonas residenciales. La pregunta fue si se considera necesario aplicar algún
sistema de seguridad para la detección de fugas de gas, indicando que el
100% o la totalidad de encuestados si consideran necesario esta medida de
adquisición.
Pregunta 4. ¿Si se le presentara algún tipo de sistema seguridad
para detectar fugas de gas con bajo costo de instalación y
mantenimiento lo compraría? (Ver cuadro 12).
Cuadro12. Adquisición de algún tipo de sistema de seguridad (modelo
B).
Opciones Valor absoluto Valor exacto
Si 10 100%
No 0 0%
Fuente: El autor.
[Escribir texto]
Figura 23. Adquisición de algún tipo de sistema de seguridad (modelo
B). Fuente: El autor.
La figura 23, se muestra las respuestas de los habitantes de las zonas
residenciales, sobre si adquirirían algún tipo de sistema de seguridad de
bajo costo y mantenimiento, indicando la totalidad o el 100% de todos los
habitantes cuestionado que si lo adquirirían si fuera de bajo costo y alta
calidad.
A través de todos los resultados obtenidos se debe tomar en cuenta
que los resultados son similares entre el modelo de entrevista (A) y el
modelo de entrevista (B), pero si se destaca que las primeras preguntas de
ambas son diferentes, y la respuesta se debe a que en las ferias de comida
de los centros comerciales, se acostumbra a realizar las instalaciones de gas
con extremado cuidado y responsabilidad por parte de compañías que surten
gas, a diferencia de las zonas residenciales siempre ocurre el rumor de
explosiones y perdida a través del sistema de gas, a veces por negligencia
por parte de los mismos propietarios o por falta de profesionalismo de las
empresas de gas.
[Escribir texto]
CAPÍTULO V
Descripción Técnica
6.1 Diagrama En Bloque
Figura 24. Diagrama de bloque del sistema propuesto. Fuente: El autor
[Escribir texto]
Descripción Del Diagrama De Bloques
El diagrama de bloques antes expuesto, está definido en principio por el
sistema de control (micro-controlador PIC16F870), este es el que controla
desde principio a fin el circuito. El micro-controlador está programado para
mantener la electro-válvula abierta, haciendo fluir el gas a través de la
tubería, que va directo a la cocina. En el trayecto de la tubería están
dispuestos los circuitos de detección ó detector de gas, estos a su vez
conectados al sistema de control, para así establecer la comunicación en
casos de emergencia. El sistema de control tiene control la señal de alarma,
caracterizado por una bocina y una luz de emergencia.
Cabe destacar que el sistema cumple con los parámetros de diseño,
siendo su función mantener el suministro de gas siempre constante, pero
pudiendo ser cortado en caso de una eventual fuga de gas en cualquier
dispositivo del sistema de gas (bombona o suministro directo, tubería,
electro-válvula y cocina).
[Escribir texto]
6.2 Sistema Propuesto
Figura 25. Diagrama explicativo del sistema propuesto. Fuente: El autor.
La figura 25, representa las diferentes etapas del prototipo creado, a
través de un plano de reconocimiento, siendo necesario identificar los
dispositivos usados y su disposición en el prototipo, también establecer las
conexiones adecuadas entre estos. Ver cuadro 13.
[Escribir texto]
Cuadro 13. Especificaciones del diseño en el plano del prototipo.
N° Tipo Cant. Función.
1 Bombona 1 Suministro de gas constante.
2 Electro-Válvula 1 Apertura y cierre automático de un
fluido.
3 Cocina 1 Consumidor de gas.
4 TA y TB 1 c/u Tubería principal y tubería secundaria.
5 Válvula Manual 1 Apertura y cierre manual de un fluido.
6 O1 y O2 2 Orificios de fuga, para simulación.
7 A y B 5 Conexiones al micro-controlador por
cable.
8 S1 y S2 2 Sensores para la detección de fuga de
gas
9 Sc 1 Sistema que controla todo el proceso,
de principio a fin.
10 Luz de
Emergencia
1 Indicador visual de emergencia para
fugas de gas.
11 Bocina (alarma) 1 Indicador sonoro de emergencia para
fugas de gas.
12 Led verde 1 Indicador de válvula abierta.
13 Led rojo 1 Indicador de válvula cerrada.
14 Led amarillo 1 Indicador de presencia de gas.
Fuente: El autor.
[Escribir texto]
En el cuadro 13, se indican los dispositivos usados y su nomenclatura
utilizada en el plano del diseño planteado. A continuación la explicación de
cada uno de los dispositivos:
1- Bombona: suministro de gas constante, puede ser a través de tubería
proveniente de la calle o mediante el uso de de la bombona.
2- Electro-Válvula: actuador electro-mecánico, permite el paso y corte
del suministro de gas.
3- Cocina: elemento que consume el gas en forma de fuego o llama.
4- TA y TB: tubería principal que transporta el gas desde el suministro
hasta la cocina, y la tubería secundaria es para simular la fuga de gas.
5- Válvula manual: permite el paso de gas de la tubería principal a la
tubería secundaria, con el fin de simular la pérdida de gas.
6- O1 y O2: permite la salida de gas a través de la tubería secundaria.
7- A y B: cableado disponible para las salidas desde los dispositivos al
sistema de control.
8- S1 y S2: sensores o detectores de gas, dispuestos a lo largo de la
tubería.
9- Sc: sistema de control o dispositivo encargado de manejar la
información y hacer ejecutar las funciones de encendido y apagado de
cada sub- dispositivo conectado a él.
10- Luz de emergencia: sirve como aviso luminoso en caso de posibles
fugas de gas en tuberías.
11- Bocina (alarma): encargado de generar sonido como elemento de
de aviso, es complemento de la luz de emergencia.
12- Led verde: indicador visual, que informa al operador el estado de la
válvula en ON ó abierta.
[Escribir texto]
13- Led rojo: indicador visual, que informa al operador el estado de la
válvula en OFF ó cerrada.
6.3 Dispositivos Usados
Sensor MQ-6: sensor de tipo catalítico de alta sensibilidad al gas
licuado del petróleo (GLP) y sus componentes principales butano y propano,
con alta velocidad de respuesta y durabilidad. A continuación se muestra el
sensor MQ-6, la sensibilidad característica y la dependencia de él sobre la
temperatura y humedad. (Ver figura 26, figura 27 y figura 28).
Figura 26. MQ-6 sensor de gas GLP. Fuente: Fabricante Sparkfun.
[Escribir texto]
Figura 27. Sensibilidad característica del sensor MQ-6. Fuente: Fabricante
Sparkfun.
En la figura 27, antes expuesta, se representa la sensibilidad que posee
el sensor MQ-6 ante los gases más comunes. Se nota con gran
particularidad la diferencia del GLP ante los demás gases siendo este el más
pesado, sus concentraciones se representan mediante partículas por millón
(ppm) en el eje X, desde 100 hasta 10000 (ppm).en eje Y se representa
Rs/Ro, siendo Rs la resistencia del sensor a diferentes concentraciones de
gases y Ro, la resistencia del sensor a 1000 (ppm) de GLP en aire limpio.
[Escribir texto]
Figura 28. Dependencia típica del sensor MQ-6 sobre la temperatura y
humedad. Fuente: Fabricante Sparkfun.
La figura 28, antes expuesta, se tiene dos ejes X y Y, donde el X
representa la temperatura y el eje Y, la relación de la resistencia Rs/Ro,
siendo Rs la resistencia en 1000 (ppm) de GLP a diferentes temperaturas y
humedad y Ro, la resistencia en 1000 (ppm) de GLP en el aire a 33% de
humedad relativa.
Electro-Válvula E-MC: es el dispositivo que permite el paso y corte del
suministro de gas desde el despacho principal a la cocina o artefacto a gas.
Está electro-válvula se caracteriza por ser de corriente alterna de 110
[Escribir texto]
volts.AC y un consumo de 22watt por hora de uso y presiones de trabajo
desde los 0 a 13 bar o un máximo de 188.55 Lbs/Plg2 (PSI). Está electro-
válvula se encuentra bajo la certificación de las normas establecidas por la
Organización Internacional de Estandarización (ISO 9000). (Ver figura 29).
Figura 29. Electro-Válvula. Fuente: Fabricante Ehcotech International Inc.
(2009).
En la figura 29, antes expuesta, se representa la electro-válvula, esta se
caracteriza por ser de corriente alterna, por tal razón se usará un dispositivo
para el control de dicha potencia, ya que el sistema de control solo puede
generar 25mA, siendo una corriente baja y se hace el uso de un Opto-Triac
MOC3020 encapsulado y un Triac BTA08 para poder acoplar la salida del
micro-controlador a la electro-válvula, evitando el deterioro del sistema de
control por sobre carga. (Ver figura 30).
Figura 30. Diagrama del circuito desarrollado. Fuente: El autor.
[Escribir texto]
En la figura 30, antes expuesta, se representa el diagrama del circuito
desarrollado, este consta de:
- (A) micro-controlador PIC 16F870: encargado de controlar el sistema
mediante una entrada (RB0) y seis (6) salidas (RB1, RB2, RB3, RB4,
RB5, RB6), la entrada proviene del sensor de gas MQ-6 (Sn) y las
salidas son para la activación de los seis (6) OPTO-COUPLER 4N32.
[Escribir texto]
- (B) pulsador de RESET: sirve para pasar de ON al OFF, es decir,
vuelve al inicio del sistema, quedando en espera de una próxima señal
de fuga de gas proveniente de sensor MQ-6 (Sn).
- (C) opto-coupler: amplifica la salida del PIC para encender el LED
verde (M), que indica el flujo de gas a través de la válvula hacia la
cocina.
- (D) opto-coupler: amplifica la salida del PIC para encender el LED
amarillo (N), que indica la presencia de gas en el ambiente.
- (E) opto-coupler: amplifica la salida del PIC para encender el LED
rojo (O), que indica el corte del flujo de gas a través de la válvula hacia
la cocina.
- (F) opto-coupler: amplifica la salida del PIC para encender el RELAY
encargado del control de apertura y cerrado de la electro- válvula.
- (G) opto-coupler: amplifica la salida del PIC para encender el RELAY
encargado de encender la luz de emergencia.
- (H) opto-coupler: amplifica la salida del PIC para encender el RELAY
encargado de encender a través de un tren de pulsos el difusor
sonoro o alarma de emergencia.
- (I) relay: transforma la señal de 6VDC que proviene del OPTO-
COUPLER (F) y la convierte en 110VAC, para controlar la electró-
válvula.
- (J) relay: transforma la señal de 6VDC que proviene del OPTO-
COUPLER (G) y la convierte en 110VAC, para controlar la luz de
emergencia.
- (K) relay: transforma la señal de 6VDC que proviene del OPTO-
COUPLER (G) y la convierte en12VDC, para controlar el difusor
sonoro o alarma de emergencia.
[Escribir texto]
- (M) led verde: indica que el sistema se mantiene en ON, es decir, hay
flujo de gas desde la electró-válvula hasta la cocina.
- (N) led amarillo: indica que en el sistema hay presencia de gas.
- (O) led rojo: indica que el sistema está en OFF, es decir, no hay flujo
de gas por la tubería.
El sistema funciona en principio mediante dos (2) fuentes de voltaje de
110VAC, que son transformadas a 12VDC, está a su vez se regula mediante
el regulador positivo LM7805, el cual solo genera hasta solo 5VDC en su
salida. Una de estas fuentes alimenta el Micro-controlador PIC y la otra
alimenta el RELAY (K), que es el encargado de manejar la alarma de
emergencia.
El sensor MQ-6, tiene una fuente propia e independiente de 5VDC.
Este tiene una salida que genera una señal de 5VDC, el cual será transmitido
al puerto de entrada RB0 del PIC.
6.4 Pruebas Del Prototipo Desarrollado
Para realizar las pruebas correspondientes, se colocó la bombona ó
fuente de gas en un lugar retirado, aproximadamente de cinco metros (5mts);
conectado a la electro-válvula y esta a la cocina, mediante dos (2) pedazos
de manguera especial. Así mismo, a lo largo de la manguera se ubicó los dos
sensores de gas MQ-6, uno en el primer segmento (bombona electro-válvula)
y el otro en segmento (electro-válvula cocina), estos se conectaron a las
entradas respectivas del micro-controlador y esté conectado mediante las
salidas a los diferentes dispositivos controlados. La simulación de fuga de
gas se realizó mediante un aéreo-sol ó spray de gas butano, este se aplicó
[Escribir texto]
cerca de los dos (2) sensores MQ-6; cuando detectaron presencia de gas se
activo la alarma de emergencia (sonoro-visual), la electro-válvula se cerró y
en el sistema de control se encendió el led amarillo indicador de presencia de
gas y el led rojo indicador de corte del suministro de gas por la electro-
válvula, quedando apagado el led verde indicador de flujo de gas. En cuanto
al sistema de control posee un botón de reset que vuelve a colocar el
sistema en posición de espera de alguna fuga de gas.
6.5 Software Utilizado
Para que el sistema de control desarrollado haya cumplido con la
detección de gas y ejecutar los dispositivos controlados, fue necesario usar
el software MPLAB IDE v8.20 del fabricante Microchip, para hacer el código
apropiado para el diseño planteado, es decir, se introdujo instrucciones que
ya están establecidas por el fabricante, el cual dio la vida o inteligencia al
micro-controlador; principalmente se diagramó por gráficas la cantidad de
entradas y salidas a usar ó más bien los puertos o pines físicos del
dispositivo Pic16F870; luego se configura a cada uno de estos con las
instrucciones dadas y al finalizar con la configuración o programación se
colocó el micro-controlador en una base conectada con un programador USB
(PICKIT2) al computador y se sobre-escribió dichas instrucciones dentro del
Pic, quedando la información guardada hasta una nueva reprogración, así
mismo, al tener programado el Pic se soltó de la base y se probo de manera
detallada cada una de las salidas y entradas programadas.
[Escribir texto]
6.6 Recursos Humanos
Los recursos humanos que se utilizaran como apoyo para desarrollar
este prototipo, se definieron en el Capítulo III, específicamente en lo relativo
a la población en estudio.
6.7 Recursos Materiales Y Financieros
Está referido a la totalidad de materiales que se usaran y su costo en el
mercado, y en la siguiente tabla está reflejado lo anterior dicho:
Cuadro 14. Recursos y materiales usados con sus respectivos costos.
Tipo de
recurso Descripción Tiempo Costo(Bsf) Subtotal(Bsf)
Recursos
Humanos
Tesista :
Villa Gianfranco
500 horas
0
0
Asesoría tutor:
Ing. Juan Hernández
100 horas
0
0
Asesoría empresas de
gas
48 horas
0
0
Recursos
materiales
Computadora portátil 2600,00 2600,00
Milímetro digital 100,00 100,00
Baquelita (cant. 10) 5,00 50,00
Bombona de gas 50,00 50,00
Sensor de gas (cant. 4) 100 400,00
[Escribir texto]
Recursos
materiales
Micro-controlador
0
70,00 140,00
Electro-válvula 300,00 150,00
Alarma 100,00 100,00
Caja aisladora 150,00 150,00
Herramientas 100,00 100,00
Componentes
electrónicos (varios)
300,00 300,00
Material de oficina 300,00 300,00
Recursos
tecnológicos
MPLAB, Electrónica
Workbench Multisim
10
MATLAB 7.0
MAX+plus 10.2
0
Microsoft Windows XP
Microsoft Office 2007
Mozilla Firefox
0
Total 4.440,00
Fuente: El autor.
[Escribir texto]
En el cuadro anterior se demuestra el tiempo, los recursos materiales y
el dinero invertido durante el desarrollo de este prototipo. Los recursos
humanos no tuvieron ningún tipo de costo pero si de tiempo ya que se dedico
el estudio necesario para poder entender el motivo de la realización de este
sistema desarrollado. Los recursos materiales si tuvieron un gran valor ya
que era necesario adquirir los componentes para realizar este trabajo de
estudio, siendo estos en muchos casos difíciles de encontrar y muy costosos.
En dicha tabla se especifica la compra de un computador portátil personal,
de un gran costo pero muy útil para lograr realizar el diseño y redacción de
este trabajo de investigación. Los recursos tecnológicos fueron adquiridos
mediante la web descargando el software sin ningún costo, siendo estos
necesarios para poder calcular los materiales usados y simular las partes
más importantes del proyecto realizado.
114
CAPÍTULO VI
Conclusiones Y Recomendaciones
Conclusión
Las conclusiones obtenidas en este estudio, se destacaron en función
a los objetivos formulados en el mismo:
- Se reconoció la problemática al precisar los requerimientos exigidos
por las empresas prestadoras del servicio de gas, en cuanto a la tecnología
disponible en el mercado y los nuevos avances técnicos.
- La identificación y evaluación de los criterios teóricos y físicos de los
principales materiales usados en las redes de tuberías para gas industrial y
residencial, fueron de gran aporte para la realización de este trabajo de
investigación, es decir, se pudo aclarar las dudas y reconocer las ventajas
y desventajas de estos materiales ante los gases combustibles.
- Para el diseño del prototipo creado se tomaron en cuenta los
indicadores operativos y técnicos, para así poder garantizar su función
básica en condiciones de fugas de gas.
- Según los resultados más destacables durante la investigación a los
requerimientos de las empresas y residencias, se pudo realizar el diseño
más adecuado y óptimo para la detección de fugas de gas en tiempo real.
[Escribir texto]
- De acuerdo al diseño concebido en función a los parámetros
investigado, se procedió a la construcción y desarrollo integral de todas las
fases.
- Al haber culminado la construcción del prototipo se realizó las pruebas
y evaluación correspondiente en cada fase del mismo, siendo esto la parte
más importante, ya que se requiere de tiempo suficiente para la
optimización del prototipo.
Recomendaciones
Se recomienda implementar en ciertos casos el uso del PLC para
poder tener mejores resultados ante condiciones extremas, ya que los
sistemas de control basados en micro-controladores se puede afectar su
funcionamiento por ruido y otros factores ambientales, pero siempre con el
debido estudio y análisis de campo.
A los clientes consumidores de gas, solicitar a las empresas
prestadoras de este servicio, medidas de seguridad, que faciliten las fugas
de gas. También solicitar a los organismos competentes elaborar soluciones
a la inconsciencia de muchos usuarios del gas.
Es necesario que lugares que tengas el uso del GLP se les apliquen
evaluaciones de riesgo, por parte de los organismos competentes.
[Escribir texto]
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[Escribir texto]
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CategoryID/91/Level/a/Default.aspx?SortField=UnitCost,ProductName
119
Anexo 1
Modelo De Guía De Observación:
La presente guía de observación servirá como método de chequeo para
el investigador del presente estudio, con el fin de tener mejor monitoreo en
detalle del sistema prototipo de seguridad basado en la detección de fuga de
gas en tuberías.
Preguntas
Respuestas
Si No
Observación
1. ¿Al ser encendido el sistema, funciono correctamente?
2. ¿Es consumido de manera normal el gas?
3. ¿Hay algún tipo de fuga de gas?
4. ¿Se cierra la electro-válvula después de
presencia de gas?
5. ¿Se activa la alarma y los demás dispositivos
de señalización de fuga de gas?
6. ¿Se activan todos los dispositivos en secuencia en caso de fuga?
7. ¿Hay seguridad en todo el sistema?
[Escribir texto]
Anexo 2
Modelo De Entrevista:
La presente entrevista está orientada a los usuarios de gas butano y
propano, específicamente el centro Comercial Galerías Los Naranjos, nivel
feria, del municipio el Hatillo y el Centro Comercial Plaza las Américas, nivel
feria, del municipio Baruta; también la zona residencial de los Naranjos Av.
Sur 10 del municipio el Hatillo. Esta entrevista será facilitada por el
investigador personalmente, siendo pautada con anticipación y previa cita a
los establecimientos y residencias antes mencionados.
1. ¿Cree usted en la seguridad de los sistemas de detección de fugas de
gas?
Si No
2. ¿Conoce usted algún tipo de sistema de seguridad que detecte una fuga
de gas?
Si No
3. ¿Considera usted necesario aplicar algún sistema de seguridad para la
detección de las fugas de gas?
Si No
[Escribir texto]
4. ¿Si se le presentara algún tipo de sistema seguridad para detectar fugas
de gas de bajo costo de instalación y mantenimiento lo compraría?
Si No
[Escribir texto]
El instrumento de recolección de datos mostrado anteriormente, ha sido
evaluado, revisado y certificado por las siguientes personas:
- Arianna Gorrese, Cédula de Identidad: 10.331.709 (licenciada y
directora de centro de tecnología de la Universidad Nueva
Esparta).
- Alberto R. Paz Q., Cédula de Identidad: 4.174.669 (Ingeniero
electrónico y profesor de la Universidad Nueva Esparta).
- María Elena Sánchez Becerra, Cédula de Identidad: 3.728.587
(Abogado y profesora de la Universidad Nueva Esparta).
[Escribir texto]
Anexo 3
[Escribir texto]
Anexo 4
[Escribir texto]
Anexo 5