INTRODUCCIÓN Desde principios de la industria automotriz, la

INTRODUCCIÓN
Desde principios de la industria automotriz, la seguridad siempre ha sido uno de
los principales temas en el desarrollo de los automóviles, desde la implementación
del freno de mano, hasta los últimos desarrollos en prevención de robo de
vehículos, la industria del automóvil siempre ha querido mejorar la seguridad en
todo sentido. En ese extenso tema de la seguridad automotriz podemos encontrar
la parte que se encarga de los desarrollos en cuanto a la prevención de
accidentes, gran dolor de cabeza de la industria ya que la muerte de personas en
accidentes de tránsito en el mundo es tan alta que en algunos países ocupa
primeros lugares en las estadísticas de mortalidad.
Una de las principales causas de accidentes de tránsito es por la conducción bajo
efectos del alcohol ya que la persona al encontrarse embriagada, pierde
facultades para conducir adecuadamente, sin embargo, la experiencia muestra
que el conductor por efectos del mismo alcohol, no capta la gravedad de la
situación.
Por esta razón, el tema específico de nuestro proyecto de grado es el diseño de
un sistema de bloqueo automotriz que se active como consecuencia de la
detección de alcohol en el organismo del conductor. Evitando así que este pueda
conducir si se encuentra en estado de ebriedad, lo que podría llevar a una
disminución en los índices de accidentalidad.
1
1. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE BLOQUEO
AUTOMOTRIZ BASADO EN UN DETECTOR DE ALCOHOLEMIA
1.1.
TEMA
Adecuación de nuevas tecnologías para la solución de problemas específicos.
1.2.
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
De acuerdo con las estadísticas del Fondo de Prevención Vial, del Ministerio de
Transporte y del Instituto Nacional de Medicina Legal y Ciencias Forenses,
aproximadamente el 44% de los accidentes de transito con victimas (choque y
atropellamientos) están relacionados con consumo de alcohol, ya sea porque el
causante del accidente estuviera embriagado o porque el peatón lo estuviera.
Son justamente estas estadísticas y estos planteamientos lo que llevan a
preguntarse si ¿es posible disminuir los índices de accidentalidad relacionados
con la conducción bajo los efectos del consumo de alcohol, mediante la
implementación de un sistema de detección de niveles de alcoholemia que impida
2
el funcionamiento del automóvil ante un nivel ilegal de alcoholemia en su
conductor?
1.3.
OBJETIVOS
1.3.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar y construir un dispositivo de bloqueo de encendido de un automóvil
basado en un detector de alcoholemia.
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
Identificar las partes del automóvil donde se puede realizar un bloqueo y
escoger unos que se adecue a las necesidades.
•
Desarrollar un dispositivo para la inmovilización del automóvil a través de la
deshabilitación del punto de bloqueo escogido.
•
Desarrollar y acoplar al sistema de inmovilización del automóvil que permita su
activación o desactivación.
•
Adaptar un alcoholímetro al sistema de inmovilización de manera que este
brinde la información necesaria sobre el grado de alcoholemia del conductor y
de inicio al proceso de control.
3
•
Realizar las pruebas pertinentes del proyecto y evaluar su funcionamiento
definitivo.
1.4.
LIMITACIÓN O ALCANCE
La limitación principal dentro del estudio esta enfocado hacia el aspecto
económico, ya que por la condición de estudiantes de los autores no es posible
acceder a tecnologías avanzadas, las cuales precisamente por su avance son
mucho más costosas.
Esta dificultad económica desemboca en otras dificultades de tipo técnico, tales
como, una menor precisión del sistema en la etapa de detección de alcohol. El
alcoholímetro utilizado para la realización de este proyecto analiza muestras de
aire bucal, y aunque cumple con las normas técnicas requeridas, carece de la
precisión ideal para un sistema de este tipo como lo pueden ser alcoholímetros
que tomen muestras de aire alveolar,
además estos alcoholímetros utilizan
unidades de medida exactas y no medidas de intervalo como el actual.
Otra de las limitaciones que se pueden encontrar en el desarrollo del sistema es la
imposibilidad de controlar el consumo de alcohol durante la marcha del vehículo.
Esta situación correspondería a otras áreas como la educación y la conciencia
social del conductor con respecto a esta situación en especifico.
4
1.5.
JUSTIFICACIÓN
Casi desde el mismo invento del automóvil se empezaron a tener problemas con
la mezcla de alcohol y gasolina que acostumbran a realizar algunos conductores,
esto ha generado innumerable cantidad de accidentes en los que hay perdidas
humanas a nivel mundial.
En el caso de Colombia, las muertes por accidentes de tránsito están entre las
diez principales causas de mortalidad.1
En vista de estas estadísticas, surge la necesidad de diseñar un sistema que mida
los niveles de alcohol de una persona al momento de intentar encender el carro y
que con base en estos resultados, el automóvil de modo automático permita o no
la movilización. Se evita de este modo que se ponga en riesgo su vida y la de
otros conductores y peatones al conducir en ese estado.
El principal beneficio de este desarrollo será una disminución en los índices de
accidentalidad por conducción bajo efectos del alcohol, con una implementación
masiva de este sistema y perfeccionando al máximo su modo de operación.
1
Fuente: Fondo de Prevención Vial: Estadísticas Relacionadas con los Accidentes de transito en el
2000 y 2001 en Colombia.
5
2.
EL ALCOHOL, HISTORIA, EFECTOS Y SU IMPACTO EN LA SOCIEDAD
2.1.
HISTORIA
Es bien conocido que la ingestión de alcohol y la intoxicación aguda son factores
importantes como causa de accidentes, muchos de ellos mortales. Según el
periódico El Tiempo en el 44% de los accidentes de transito que ocurren en
Colombia está presente por lo menos una persona con niveles de alcohol
superiores a los establecidos como legales por el Instituto de Medicina Legal y
Ciencias Forenses2 y más de la mitad de las muertes por accidentes fuera de las
carreteras incluyen adictos o alcohólicos.3
El consumo de alcohol ha estado presente a lo largo de la historia del hombre;
existen reportes escritos del uso de cerveza, vinos y otras bebidas alcohólicas que
datan desde 3000 años a.C., incluso en relatos bíblicos se hace referencia al
consumo de este como un perturbador de la conducta, en el libro del Génesis se
relata como Noe fue el primero en cultivar vino y de ellas extraer licor.4
El proceso de destilación aplicado a las bebidas fermentadas se remonta
alrededor del año 800 d.C. Este proceso ha permitido la preparación de licores
2
Fuente: Resolución No. 000492 de Septiembre de 2002, Instituto De Medicina Legal Y Ciencias
Forenses
3
Fuente: Periódico El Tiempo Diciembre 17 de 2002. 2A p.
4
Sociedades Bíblicas Unidas. Dios Habla Hoy. Génesis, 9:20-22. México:1979
6
muy potentes como los que se consumen actualmente. Con relación a esto
Berckow (1978) afirma que “Las bebidas alcohólicas pueden obtenerse por
fermentación o por destilación. Las fermentadas son las más antiguas, puesto que
hasta la edad media no se conoció la destilación, que proporciona bebidas más
fuertes”5.
Esta búsqueda de bebidas mas fuertes a través de los diferentes procesos de
producción también ha desencadenado que bebidas con estas características
generen efectos en la conducta mucho mas radicales, tal como lo explica Saliga
“El alcohol es muy contradictorio, en bajas cantidades es un alimento, pero en
altas concentraciones es un veneno”6
De esta manera es posible percibir que del alcohol las indicaciones no van en
contra del consumo en sí mismo sino del abuso de este.
2.2. EFECTOS DEL CONSUMO DE ALCOHOL
2.2.1. Efectos Fisiológicos. Para Escobar (2002)7 las consecuencias a nivel
fisiológico del consumo de alcohol que pueden destacarse son: a) Dificultad para
percibir el color rojo (de frenado, semáforos, señalizaciones de obras). b) Dificultad
para acomodar la vista a la luz y a la oscuridad y a los cambios de luz (autopistas,
cruces, túneles, etc.). c) Apreciación inexacta / equivocada de las distancias
5
BERCKOW Robert. El Manual Merck. México D. F.: Ed. Merck Sharp & Dohmen Research
Laboratorios: 8ª. Edición, 1978. 1640 p.
6
ENTREVISTA con David Saliga, Representante de Ventas para Latinoamérica de la empresa
Intoximeters Inc. Bogota D.C. Septiembre 30 de 2002.
7
ESCOBAR Javier. Como Afecta el Alcohol en el Organismo [Online]. Argentina. 2002. Disponible
en Internet:<URL: http:// www.faltaescobar.gov.ar>
7
(adelantamientos, entrada en curva, no respetar distancia de seguridad, etc.). d)
Disminución del campo visual. La visión normal del ojo humano disminuye,
quedando reducido el ángulo del campo visual, por lo que se pierden los estímulos
que están en los laterales (cruces). e) Aumento del tiempo de reacción. Aumenta
la distancia recorrida desde que el conductor percibe la señal hasta que actúa
sobre los mandos del vehículo (al frenar ante un peligro, si se ha bebido, se
recorre un 10% más de distancia: esos metros pueden ser mortales). Según el
Instituto de Estudios del Alcohol del Reino Unido, este puede retardar la capacidad
de reacción entre un 10 y un 30%8.
Un estudio realizado por la Universidad de Richmond realizado por Allison y
Roberts en 1997 entre 24 estudiantes, cada uno con diferentes niveles de alcohol
en la sangre, dio como resultado una reducción en la velocidad de reacción a
mayor cantidad de alcohol asimilado por el organismo9.
2.2.1.1.
Bioquímica del alcohol.
Después de consumir alcohol la absorción
tiene lugar sobre todo en el intestino delgado, pero el vaciamiento del estomago y
el ritmo de absorción intestinal dependen de varios factores. El ritmo de absorción
se acelera cuando aumentan las concentraciones de alcohol hasta un máximo de
40%. Cuando son mayores que esta cifra puede absorberse más lentamente como
consecuencia de vaciamiento gástrico retrasado.
8
INSTITUTE OF ALCOHOL STUDIES. Drinking and Driving [online]. IAS Fact Sheet: Reino Unido.
2002. Disponible en Internet: <URL:http://www.ias.org.uk>
9
ALLISON Scott y ROBERTS Jennifer. The Effect of Alcohol on Reaction Time[Online]. Richmond:
Universidad de Richmond. 1997. Disponible en Internet: <URL:http://www.urich.edu/~psych/
sampleltitle.html >
8
De manera similar, concentraciones elevadas de productos similares en cuanto a
alcohol, retrasan la absorción porque impiden el vaciamiento gástrico al provocar
espasmo pilórico.
La ingestión de alimento junto con la bebida alcohólica también disminuye la
rapidez de absorción al retrasar el tiempo de vaciamiento del estomago. Una vez
absorbido, el etanol se distribuye por todo el cuerpo y logra un equilibrio con los
compartimientos del agua corporal.
Los niveles de alcohol en la sangre dependen de la concentración de agua total
del cuerpo. Ninguna membrana permeable o semipermeable impide la difusión del
alcohol en ningún órgano tejido de la economía. 10
También explica Mendelson que el alcohol desaparece del cuerpo principalmente
por metabolismo en el hígado; solo 2% a 10% es eliminado por riñones y
pulmones. El alcohol se cataboliza a nivel del hígado por mecanismos enzimáticos
bien conocidos, en los cuales intervienen la enzima deshidrogenasa alcohólica y el
cofactor NAD. El ritmo de metabolismo del alcohol casi es el mismo en bebedores
normales y en adictos abstinentes. Sin embargo, dicho ritmo puede aumentar en
los adictos durante parrandas; se cree que este aumento es debido a un
incremento en el metabolismo hepático del alcohol.
Las concentraciones sanguíneas de alcohol dependen de la cantidad de alcohol
ingerido y del peso del individuo. Para un hombre medio, se ha calculado que el
consumo de 180 ml de bebida destilada con el estómago vacío producirá una
concentración sanguínea de alrededor de 100 Mg por 100ml.
10
MENDELSON, Jack. Abuso de Alcohol y Enfermedades Relacionadas. EN: BESSON, MC
DERMOTT, WYNGAARDEN. Tratado de medicina interna. México: Ed Interamericana. 1993.
9
2.2.1.2.
La alcoholemia. Es la cantidad de alcohol que existe en la sangre o en
el aire espirado. La tasa de alcoholemia, medida en gramos por litro en el caso de
alcohol en sangre o en miligramos por litro en el caso de aire expirado, es el
número de gramos (g.) o miligramos (Mg) en un litro de sangre o de aire,
respectivamente, según el sistema de medida empleado.
Existe una manera planteada por Steele y Southwick (1985) en Feldman (1995)
para determinar los efectos del alcohol en un adulto de estatura normal, según el
porcentaje de alcohol en sangre como se ve en la Tabla 1.
ALCOHOLEMIA
0,2 - 0,5
0,5 - 0,8
0,8 – 1,5
1,5 – 3,0
Mayor de 3,0
2.2.1.3.
EFECTOS EN LA CONDUCCIÓN
Se altera la valoración del riesgo. Disminuye la autocrítica y se
sobre valoran las capacidades, se tiene una apreciación incorrecta
de la velocidad.
Predomina la sensación de euforia y no se toma conciencia de los
peligros reales que se corren y se hacen correr a los demás.
Desde los 0,5 la conducción está prohibida.
Hay síntomas claros de intoxicación. Están seriamente afectadas
la vigilancia, la atención, la percepción y la coordinación. Los
reflejos están perturbados. La conducción está prohibida
Grave peligro. Síntomas claros de embriaguez, trastornos del
equilibrio y de la marcha.
Embriaguez profunda. Pérdida de la conciencia.
Tabla 1. Efectos del Alcohol en el Organismo11
Aspectos legales referidos al control de alcoholemia.
Teniendo en
cuenta que a pesar que los niveles de alcohol pueden diferir en sus efectos de una
persona a otra, es necesario tener un nivel estándar que permita a la ley
establecer unas prohibiciones para la regulación de la conducción bajo los efectos
11
FELDMAN, Robert. Psicología con Aplicaciones para Iberoamerica. México: Ed. McGraw Hill.
1995
10
de sustancias como el alcohol en este caso. Con este objetivo surge dentro del
marco del Código Nacional de Tránsito una regulación que toma su base en la
resolución No. 000492 del Instituto Nacional de Medicina Legal y Ciencias
Forenses en el cual dice en su artículo segundo:
ARTÍCULO SEGUNDO: La interpretación de los resultados de alcoholemia
independientemente del método empleado para su determinación requiere la
correlación con el estado de embriaguez alcohólica de una persona, así:
•
Resultados menores a 40mg de etanol sobre 100ml de sangre total, se
interpretan como estado de embriaguez negativo.
•
Resultados entre 40 y 99mg de etanol sobre 100ml de sangre total,
corresponden al primer grado de embriaguez.
•
Resultados entre 100 y 149mg de etanol sobre 100ml de sangre total,
corresponden al segundo grado de embriaguez.
Resultados mayores o iguales a 150mg de etanol sobre 100ml de sangre total,
corresponden al tercer grado de embriaguez12
Así el determinar el estado de embriaguez de cada persona no dependerá de su
respuesta física sino de la ley que la República de Colombia nos
especificada para este caso.
12
Resolución No. 000414 de Agosto de 2002, Instituto de medicina legal y ciencias forenses
11
tenga
2.2.2. Efectos Psicológicos.
El consumo de alcohol no solo afecta el
funcionamiento biológico, sino que el funcionamiento psicológico se distorsiona, y
pueden encontrarse fallas tales como las que nombra Escobar (2002)13:
* Hay sentimiento de invulnerabilidad.
* Se subestima el riesgo.
* Se tienen sentimientos de impaciencia y agresividad.
* Está disminuida la capacidad de atención.
Corroborando lo dicho por este autor con relación a la disminución de la capacidad
de atender, existen dos estudios realizados por la Universitat de les Illes Baleares
de España en los cuales se demostró que entre las principales repercusiones de la
intoxicación alcohólica dentro de la habilidad para conducir se cuenta la
disminución en la capacidad atencional. 14
La intoxicación, además, puede crear diversos tipos de conducta que se combinan
para aumentar el peligro de accidentes. Estos son el juicio comprometido,
aumento de labilidad emocional, e incapacidad para suprimir la expresión de la
agresión.
La intoxicación alcohólica aguda también contribuye a situaciones que terminan en
muertes y lesiones por violencia y conducta agresiva. El alcohol puede crear una
13
ESCOBAR, Javier. Como Afecta el Alcohol en el Organismo Op. Cit., p.7
ROSELLO, Jaime, MUNAR , Enric, JUSTO, Sonia y ARIAS, Ruth. Effects of Alcohol on Divided
Attention and on Accuracy of Attentional Shift. Universitat de Les Iles Balears. EN. Psychology in
Spain. 1999. Vol.3 No. 1 59-74 p.
14
12
elevada sensación de autoconfianza, por esta razón la persona cree estar
preparada para tomar grandes riesgos.
Los conductores jóvenes tienen más posibilidades de tener accidentes que
conductores experimentados, aun estando sobrios, su menor tolerancia al alcohol
incrementa el riesgo de accidentes. La vulnerabilidad de una persona joven a los
efectos del alcohol está demostrada por el bajo porcentaje de alcohol en la sangre
de infractores jóvenes en comparación con infractores mayores. El mismo patrón
fue encontrado en conductores que murieron. Para personas jóvenes el riesgo de
accidentes se incrementa con un trago; después del segundo el riesgo se duplica
y al quinto a aumentado 10 veces.15
Una encuesta reciente efectuada en la sala de urgencias de un hospital general en
la cual se determinaban los valores de alcohol en sangre en victimas de
accidentes, demostró que el 30% de los individuos que habían sufrido accidentes
en las carreteras, el 22% de los que sufrieron accidentes en el domicilio y el 16%
de los accidentes ocupacionales tenían concentraciones elevadas de etanol en
sangre.16
Estos estados varían en las diferentes personas de acuerdo a la cantidad ingerida
y de acuerdo a las motivaciones de su injerencia. Nos referimos al estado de
intoxicación alcohólica, que en este estudio es la más relevante.
Los individuos que muestran poco trastorno a sus tareas intelectuales y motoras
con concentraciones moderadas de etanol en sangre (150 a 200 Mg por 100 ml)
15
ESCOBAR Javier. Como Afecta el Alcohol en el Organismo. Op. Cit. p.7
BESSON, MC DERMOTT, WYNGAARDEN. Tratado de medicina interna. México: Ed
Interamericana. 1993.
16
13
probablemente hayan desarrollado tolerancia al alcohol como consecuencia de
beber de manera intensa y repetida.17
2.3.
IMPACTO SOCIAL
La consecuencia más importante tanto en el ámbito psicológico como biológico del
consumo de alcohol es la adicción, denominada Alcoholismo, que se caracteriza
por la tolerancia y la dependencia física. La primera se produce cuando un
individuo consume cantidades cada vez mayores de alcohol durante cierto tiempo
para provocar cambios de su estado de espíritu o de conducta que antes se
lograban mediante dosis menores de alcohol. La dependencia física tiene lugar
cuando un individuo muestra molestias subjetivas, signos manifiestos de
supresión, o ambos, al interrumpir en forma parcial o total el consumo de bebidas.
Importa señalar que los signos y síntomas de supresión pueden presentarse en
adictos al alcohol cuando disminuyen el consumo sin suprimir por completo el
consumo
del
alcohol.
Las
disminuciones
relativamente
pequeñas
de
concentraciones alcohólicas altas en la sangre pueden originar el síndrome de
supresión.18
El término utilizado de “alcoholismo” es ambiguo. “Alcoholismo” muchas veces no
es sinónimo de abuso alcohólico, sino que se refiere a una serie de problemas que
van de la bebida excesiva (definida según la sociedad en la que esto se produce)
17
BESSON, MC DERMOTT, WYNGAARDEN. Tratado de medicina interna. México: Ed
Interamericana. 1993. Op. Cit. p.13
18
ARAGÓN, Carlos, MIQUEL, Marta., Alcoholismo EN: BELLOCH, Amparo, SANDIN, Bonifacio y
RAMOS, Francisco. Manuel de Psicopatología. Vol. 1 España: 1995
14
hasta la adicción para el alcohol. Algunos de los fenómenos que se sabe ocurren
durante la progresión, incluyen abuso alcohólico y adicción para el alcohol, bebida
excesiva en situaciones sociales normales; bebida en aislamiento; bebida para
disminuir la ansiedad, la inquietud o el miedo; bebida para facilitar el sueño en
etapas de insomnio; bebida por la mañana temprano, y alteraciones de la memoria
durante episodios agudos de consumo alcohólico. Los individuos que demuestran
adicción para el alcohol suelen presentar todos, o ninguno de estos fenómenos, y
disponemos de un tipo especifico de acontecimientos que sea patognomónico de
atributos de conducta para indicar la transición del abuso a la adicción. 19
La OMS define el alcoholismo como la ingestión diaria de alcohol superior a 50
gramos en la mujer y 70 gramos en el hombre (una copa de licor o un combinado
tiene aproximadamente 40 gramos de alcohol, un cuarto de litro de vino 30 gramos
y un cuarto de litro de cerveza 15 gramos). El alcoholismo parece ser producido
por la combinación de diversos factores fisiológicos, psicológicos y genéticos. Se
caracteriza por una dependencia emocional y a veces orgánica del alcohol, y
produce un daño cerebral progresivo y finalmente la muerte.20
Otra definición del abuso del alcohol es la de un consumo excesivo que afecta la
salud del individuo, perturba sus funciones sociales, u origina ambos fenómenos.
Aunque no es difícil estimar el impacto del abuso alcohólico sobre las funciones
biológicas, muchas veces
resulta imposible cuantificar los trastornos sociales
relacionados con el alcohol. Los expertos no están de acuerdo acerca del tipo ni
de la gravedad del problema de la bebida que provoca disfunción social, debido a
19
20
MENDELSON, Jack. Abuso de Alcohol y Enfermedades Relacionadas. Op. Cit. p.9
INTRODUCCIÓN al Alcoholismo. Monografías.com. 2002
15
las amplias variaciones en las normas admitidas para caracterizar lo que es una
conducta de bebida anormal. Los intentos para establecer criterios de conducta
normativa de bebida, basados en el volumen y la frecuencia del consumo, no han
sido satisfactorios como consecuencia de concepciones sociales, culturales,
religiosas e incluso políticas muy diferentes acerca de cómo los individuos pueden
consumir alcohol en diferentes sociedades. Tal como lo expresa Rivers (1986) en
Feldman (1995) no se ha comprobado que ninguna variable biológica, psicológica
o social tenga valor predictivo para establecer cuáles individuos se hallan en
peligro de desarrollar y sufrir en forma constante problemas de conducta por la
bebida. No se dispone de pruebas psicológicas que permitan diferenciar con
seguridad a los que abusan del alcohol de los bebedores normales. No se ha
aclarado la contribución de factores específicos genéticos y ambientales que
puedan aumentar el peligro de que se desarrollen problemas en relación con el
alcohol. Algunos pacientes que tienen trastornos relacionados con el consumo del
alcohol no tiene antecedentes familiares de abuso ni adicción. Pero también se
sabe que individuos con antecedentes familiares de abuso alcohólico, pueden
hallarse en peligro de hacerse alcohólicos. 21
21
FELDMAN, Robert. Psicología con Aplicaciones para Iberoamerica. Op. Cit., p.10.
16
3. SENSÓRICA
Los analizadores de aliento han venido continuamente mejorando en cuanto a su
precisión. Actualmente, tres tipos de equipos están disponibles comercialmente:
los desechables, los portátiles y los de uso forense.
El principio químico utilizado y la tecnología agregada varían en función de las
necesidades (precisión, reacción, velocidad en tiempo de respuesta y en tiempo
de recuperación, etc). La mayor parte de los medidores portátiles, utilizados
principalmente para la observación de los conductores de automóviles por parte
de la policía están basados en medidas electroquímicas.
Para que los instrumentos de análisis de aliento tengan aceptación deben
satisfacer los siguientes criterios:
* Debe ser científicamente seguro, produciendo resultados consistentes y
satisfacer cualquier tipo de precisión necesaria que las leyes que cualquier tipo de
gobierno requiera.
* Debe ser capaz de ser calibrado para estándares de alcohol cuyas
concentraciones sean conocidas y que la metodología para hacer la calibración
cumpla con los requerimientos del criterio anterior.
* Debe haber cumplido con las suficientes pruebas de campo para ser aceptado
por la jurisdicción del sitio.
17
* Debe ser capaz de comportarse de igual manera ante varias sustancias que
puedan afectar los resultados de la medición.
* Debe ser viable económicamente y de sencillo uso.
A través del transcurso de los últimos 40 años, tres tecnologías distintas han sido
reconocidas y que cumplen con los criterios anteriores. En el caso del presente
estudio se utilizará el sistema de Célula de Combustión.
A comienzos de 1800 un científico británico descubrió el efecto de la célula de
combustión. Colocó dos electrodos de platino en ácido sulfúrico y agregó
hidrógeno a un electrodo y oxígeno al otro.
El resultado de la reacción fue la creación de un flujo de corriente entre los
electrodos. Debido a su alto costo un hubo aplicaciones prácticas en el momento.
En 1960, investigadores de la Universidad de Viena mostraron una célula de
combustión específica para alcohol y fue el punto de partida para los medidores en
la actualidad.
En su manera simple una célula de combustión de alcohol consiste en una capa
porosa químicamente inerte cubierta en ambos lados con platino. El fabricante
impregna la capa porosa con una solución de ácido electrolítico y coloca
conectores eléctricos de platino a estas capas.
La reacción química exacta que tiene lugar dentro de la célula de combustión tiene
varias conjeturas. Los investigadores asumen que la reacción convierte el alcohol
en ácido acético. En el proceso esta conversión produce dos electrones libres por
molécula de alcohol. Esta reacción tiene lugar en la superficie superior de la célula
18
de combustión. Los iones de hidrógeno son liberados en el proceso y se trasladan
a la superficie inferior de la célula, donde se combinan con el oxígeno para formar
agua.
De esta manera en la superficie superior hay un exceso de electrones, y la
superficie inferior tiene la correspondiente deficiencia de electrones. Si se
conectan las dos superficies eléctricamente, una corriente fluirá a través de este
circuito externo para neutralizar la carga. Esta corriente es una indicación directa
de la cantidad de alcohol consumida por la célula de combustión.22
El fabricante ensambla esto dentro de una caja plástica la cual igualmente incluye
una entrada para gas que permite que la muestra del aliento ingrese. La
configuración básica se muestra en el Gráfico 1.
Gráfico 1. Diagrama de una célula de combustión
Muchas fábricas de estos equipos se han centrado específicamente en mejorar la
célula de combustión durante los últimos 10 años. Han cambiado las técnicas de
22
RONNEBAUM, Chad. The Fuel Cell in Breath Alcohol Measurement. La Célula de Combustión
en la Medida de Alcohol en Aliento [Online]. USA. 2001. Disponible en Internet: <URL:
http://www.dart-sensors.com/ alcohol /breath_ alcohol.shtml>
19
muestreo y revisado los métodos de análisis de la señal que produce el sensor.
Como resultado, los instrumentos basados en esta tecnología disponibles en la
actualidad muestran una linealidad entre 0.002 y 0.150 gm/dL con una desviación
de 0.001 gm/dL.
Los sistemas disponibles han reducido el tiempo entre pruebas a dos minutos o
menos y muestra el resultado en un tiempo de 5 a 10 segundos. La sensibilidad
del sensor ha sido reducida a menos en comparación a la del sensor infrarrojo.
Estas características, mas su bajo costo y poco mantenimiento, hace que los
instrumentos basados en la célula de combustión merezca un sitio en la lista de
tecnologías aprobadas y más usadas.
Los medidores actuales tienen las siguientes características de medición:
* Mejor precisión cuando el número de mediciones son hechas en un corto período
de tiempo.
* Mejor recuperación de la célula a su valor original después de un intenso período
de uso.
* Mejor estabilidad en la calibración
* Mejor linealidad con respecto a la muestra de concentración.23
23
INTOXIMETERS, Inc. Fuel cell information. Missouri: Intoximeters Inc. 1997
20
4. ELECTRICIDAD AUTOMOTRIZ
4.1.
SWITCH O INTERRUPTOR DE ENCENDIDO24
Es el elemento encargado de dejar pasar o no, la corriente de la batería hacia el
sistema de encendido, también permite accionar el motor de arranque es el
encargado de darle las primeras vueltas al motor de gasolina con el fin de realizar
la primera admisión, compresión y explosión.
Cuando el conductor gira la llave y hacer trabajar al motor de arranque comienzan
los primeros giros del motor iniciándose así el funcionamiento del sistema de
encendido.
La corriente pasa de la batería, por el switch hacia el distribuidor. Primero al
condensador y luego a los platinos (en el sistema clásico), como los platinos se
abren y se cierran por acción de la leva, generan en la bobina la inducción de la
corriente de alta tensión (la inducción se genera cada vez que los platinos se
abren)
24
DE CASTRO, Miguel. Trucaje de motores de cuatro tiempos. España: CEAC. 1974.
21
El impulso de corriente producido sale conducido por el cable que lo lleva hasta la
tapa del distribuidor entrando por la terminal hasta tocar la escobilla que en este
momento está girando por acción del eje del distribuidor.
La escobilla pasa la corriente a su punta transmitiendo luego a la terminal de
salida más cercana siguiendo por el cable camino a la bujía correspondiente. Ya
en la bujía forma una chispa al saltar de un electrodo a otro. Si todo va bien en ese
instante el pistón debe estar comprimiendo la mezcla, lo que hará que se produzca
la explosión.
En este momento los platinos se han cerrado. Al abrirse nuevamente se generará
el siguiente impulso que la escobilla transmitirá al siguiente pistón que esté listo
para la explosión.
El encendido electrónico es igual al de platinos, solo que en lugar de los platinos
este trabajo es realizado por el generador de impulsos. 25
Es necesario que en la segunda posición del interruptor de encendido se cuente
con una fuente de alimentación, el cual en la totalidad del parque automotor es
una batería o acumulador.
4.1.1. Batería o Acumulador26. Un vehículo requiere una corriente eléctrica que
va a ser dada por una fuente de poder de 12 voltios, la cual va a alimentar las
luces, el pito, los limpia brisas, los accesorios, el motor de arranque, las bujías,
etc. Toda la corriente que se necesita está almacenada en la batería (Figura 1).
25
EL ENCENDIDO electrónico. Electricidad Automotriz. Disponible en Internet: <URL:
http://pwp.007mundo.com/conducir//electricidad.htm#circuito%20de%20arranque>
26
EL ENCENDIDO electrónico. Op. Cit., p.21
22
Figura 1. Batería o Acumulador
5. MICROCONTROLADORES
Los microcontroladores tienen su origen en la necesidad de integrar un número de
funciones especificas en un solo chip.
Los primeros sistemas de microprocesador nacieron en los años 70, por entonces
la capacidad de integración física de elementos electrónicos discretos inicio con la
inclusión de una unidad aritmética y lógica y distintos circuitos de lógica
combinatoria para controlarla así como las operaciones necesarias para controlar
buses de datos27
Los microprocesadores fueron la pieza fundamental de los equipos de
computación tal como lo son ahora, pero tenían limitaciones fundamentales que
impedían económicamente su aplicación en la solución de problemas de orden
industrial. Un sistema de procesador típico debía reunir otros circuitos adicionales
al procesador principal tales como:
•
27
Memoria de programa ROM (Read Only Memory).
GONZÁLEZ, José. Introducción a los microcontroladores. México: McGraw Hill. 1998
23
•
Memoria de datos RAM (Random Access Memory).
•
Circuitos periféricos para manejo de comunicaciones.
•
Circuitos para manejo de puertos.
•
Circuitos de conversión análoga a digital.
•
Circuitos de temporización.
Y una abundante lista de circuitos de lógica secuencial para coordinar la operación
de todos estos circuitos periféricos. Visto así cualquier solución aplicada requería
altos gastos de espacio físico, potencia eléctrica y mantenimiento y de una gran
complejidad de diseño.
Con todos estos problemas en la mente, las empresas desarrolladoras de circuitos
integrados empezaron a concentrarse en el diseño de sistemas que incluyeran la
mayor parte de los circuitos externos en un sistema microprocesado, dentro de un
solo chip.
El diseño de estos chips de alta escala de integración se tradujo en la aparición de
los primeros microcontroladores de 8 bits.
5.1.
FUNCIONAMIENTO28
Entre las arquitecturas más difundidas actualmente, se encuentran la arquitectura
Von Newmann y la arquitectura tipo Harvard. La más clásica es la de tipo Von
Newmann, en ella la memoria ROM (Memoria de lectura solamente) contiene el
programa de control. La memoria RAM (Memoria volátil de acceso al azar)
28
CAJA DE COMPENSACIÓN FAMILIAR. Curso de Programación de Microcontroladores: Manejo
de Software y Programación. Colombia: Subdirección de Educación Cafam. 2001
24
contiene los datos que se manipulan. El bloque de puertos se encarga de recibir y
enviar señales de control al mundo externo y la CPU (Unidad de control) controla
el flujo de datos y selecciona a donde son trasladados los mismos. Nótese que el
mismo bus de direcciones (Grupo de señales encargado de indicar cual bloque es
seleccionado) es usado para direccionar tanto a la memoria de programa como a
la memoria RAM junto con los puertos. La arquitectura de este tipo puede verse en
el Grafico 2.
Gráfico 2. Arquitectura Von Newmann
La arquitectura Harvard difiere de la Von Newmann esencialmente en que la
memoria de programa ROM y la memoria de datos no son direccionadas mediante
el mismo bus de direcciones, sino que están poseen buses de direcciones
separados.
25
Gráfico 3. Arquitectura Harvard
La separación de buses permite que se usen anchos de palabra distintos para
cada memoria y descongestiona el bus de datos aumentando la velocidad de
operación del dispositivo.
El funcionamiento de un microcontrolador es el mismo en cualquier arquitectura
que se emplee. Básicamente, la unidad de control CPU arbitra el flujo de señales
eléctricas dentro del dispositivo, para realizar este trabajo dispone de una
colección de instrucciones que le indican qué datos debe usar y que debe hacer
con los mismos. Estas instrucciones están almacenadas en la ROM en forma de
un listado de datos binarios que contiene un código de instrucción y los
operadores que pueda emplear tal instrucción.
Para saber en todo momento qué instrucción debe tomar de la memoria ROM, la
CPU dispone de un registro de conteo llamado PC (contador de programa) el cual
le indica en qué instrucción del programa se encuentra.
Una vez leída la instrucción con sus correspondientes parámetros, la CPU
decodifica el código y a partir del mismo establece si debe realizar algún tipo de
26
operación con datos en la memoria RAM. Esta operación puede ser escribir, leer o
trasladar algún dato binario dentro de la memoria o hacia o desde esta a un puerto
externo, así, la lógica interna de la CPU selecciona la memoria de datos RAM a
través del bus de direcciones y lee o escribe en dicha RAM. Si la instrucción de
ordena trasladar al bloque de puertos el dato leído desde la RAM, la CPU
seleccionará (direccionará) dicho bloque a través del bus de direcciones y a
continuación trasladará el dato al bloque mediante el bus de datos.
Tal como se aprecia, todos los bloques poseen una dirección especifica que los
identifica. Aun más, tanto la ROM como la RAM son en realidad bloques de celdas
de memoria cada una con una dirección única, la cual puede ser seleccionada por
la CPU en cualquier momento.
De lo anterior se deduce que la sincronía de las operaciones es esencial para que
el sistema no pierda el control de flujo de datos y de direcciones. Para realizar esta
sincronía se requiere emplear una señal maestra de sincronismo que le indique a
la CPU cuando debe leer la memoria de programa ROM, cuando debe realizar una
operación sobre la RAM y cuando debe leer o escribir en los puertos. Esta señal
es conocida como reloj maestro (CLOCK), y corresponde a una señal digital de
determinada frecuencia que temporiza cada operación al número de ciclos de reloj
que le tome a la CPU realizar una carga de instrucción (FETCH) y su ejecución; se
le llama ciclo de maquina. Como es de suponerse entre menor sea el ciclo de
maquina de un microcontrolador, mayor es la velocidad de ejecución del mismo.
Dentro de la CPU existe además de la circuiteria de decodificación de instrucción y
de control de flujo de datos y direcciones, otro bloque encargado de realizar las
27
operaciones matemáticas y lógicas necesarias. Este bloque es llamado ALU
(Unidad lógica aritmética).
La ALU es un circuito que recibe los datos directamente del bus de datos y cuyo
control (selección de operación) esta a cargo de la CPU. En ella se realizan las
operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación y división) y las lógicas (and,
or, Xor, not y desplazamiento a izquierda o derecha) que son seleccionadas por la
CPU de acuerdo al código de instrucción cargado desde la memoria ROM.
De los apartados anteriores se observa que cada elemento dentro del sistema
posee una dirección (incluyendo a los puertos) única, que le permite a la CPU
direccionarlo
cuando
sea
necesario,
existen
diversos
métodos
de
direccionamiento, entre los cuales los más usuales son:
* Direccionamiento directo: La CPU pone en el bus de direcciones la dirección que
desea acceder.
* Direccionamiento indirecto: La CPU pone en el bus de direcciones la dirección de
una posición de memoria la cual contiene la dirección que se desea acceder.
* Direccionamiento indexado: La CPU pone en el bus de direcciones el resultado
de sumar la dirección inicial, mas de un valor (FOCET) que corresponde al número
de posiciones que debe desplazarse a partir de la dirección inicial para obtener la
dirección deseada.
Adicionalmente existen combinaciones de las anteriores que dan mayor flexibilidad
al acceso de memoria de datos.
Existe un gran número de fabricantes dedicados a la producción de
microcontroladores, entre los que se encuentran Intel con la familia 8X5X,
28
Motorola con la familia MC6XXX, Phillips con la versión 877X5X, National
semiconductors con los COP, Microchip con la familia PIC, etc.
5.2.
HERRAMIENTAS PARA EL DESARROLLO DE PROYECTOS CON
MICROCONTROLADOR
En cuanto al software, existen herramientas de programación mucho más
poderosas que el ensamblador, este es demasiado complicado de tratar debido a
que una operación requiere de un número grande de mnemónicos, los saltos
condicionales deben ser calculados cuidadosamente, la administración de la
memoria deber ser supervisada continuamente, etc. Todas estas tareas resultan
monótonas y consumen mucho tiempo en el desarrollo y puesta a punto, por esto
se han creado los compiladores de alto nivel.
Un compilador de alto nivel es un programa que transforma un archivo escrito en
algún lenguaje de alto nivel (C, PASCAL, BASIC) en un archivo de tipo
hexadecimal.
La diferencia fundamental con el ensamblador es que el compilador puede
interpretar estructuras lógicas (condicionales, ciclos, bifurcaciones) complicadas y
generar todo el código maquina necesario para su funcionamiento, sin que el
programador tenga que involucrarse en él; así mismo, el lenguaje de alto nivel
manipula variables sin tener en cuenta su ubicación dentro de la memoria; el
compilador se encarga de ubicarlas, y direccionarlos cuando sea necesario,
29
eliminando la necesidad de que el programador supervise las labores de
administración de la memoria, estas dos características representan un
considerable ahorro de tiempo
En cuanto al hardware existen numerosas mejoras en los programadores
disponibles en el mercado, pero sin lugar a dudas la herramienta por excelencia es
el emulador. Mientras que un simulador (tanto de software como de hardware)
solo es una imitación del microcontrolador, el emulador es un circuito capaz de
comportarse como el chip, pero permitiendo conocer en cualquier momento el
estado interno de sus registros y señales trabajando a la frecuencia real del
sistema.
Esto último es especialmente adecuado cuando se esta tratando con
temporización, (un retardo de un segundo en simulación puede tardar varias
horas). Adicionalmente el emulador puede ser colocado dentro de la circuiteria que
acompaña a la aplicación (emulation in-circuit), permitiendo explorar en tiempo
real todas las posibilidades del sistema.
6. RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO (SCR)29
Es un dispositivo con tres terminales denominados: Ánodo, cátodo, y puerta
(GATE), muy similar al diodo de cuatro capas, pero que posee una entrada
adicional G, que permite dispara el dispositivo antes de alcanzar un VBO.
29
ELECTRÓNICA PARA INGENIEROS. Tema 12. Pág. 207-209. ISBN. 84-607-1933-2
30
En la Figura 2 se muestra el símbolo de SCR y su modelo a nivel de transistor.
Figura 2. Símbolo del SCR y Modelo a Nivel de Transistor
En el modelo a nivel de transistor se observa que al introducir una corriente por la
línea G se produce la conducción de los transistores, es decir, el disparo del
dispositivo sin ser necesario alcanzar la VBO. Las características del SCR varían
con la corriente de su puerta cuyos valores son del orden de miliamperios o
inferiores, como se muestra en la figura 3.
Figura 3. Características I – V del SCR
31
A continuación se describirán algunas características técnicas del SCR.
* Tiempo de Conducción: Tiempo mínimo de duración de la tensión de disparo,
para pasar el SCR de una etapa de bloqueo a una de conducción
* Tiempo de Corte: Tiempo en el cual el SCR puede permanecer por debajo de las
condiciones de mantenimiento.
* Máxima corriente de conducción: Máxima corriente que puede circular por el
SCR durante el estado de conducción.
7. TRANSISTORES30
La aplicación de los transistores no se limita solamente a la amplificación de las
señales. Por medio de un diseño adecuado se pueden utilizar como interruptores
para operaciones de control, también pueden utilizarse como circuitos de
inversores lógicos de computadores.
El diseño adecuado para el proceso de conmutación requiere que el punto de
operación cambie de corte a saturación. Esto quiere decir que la corriente de
colector varíe de Cero cuando la corriente de base sea igual a cero. Cuando el
voltaje de entrada sea el requerido la red estará completamente saturada con un
nivel de corriente de base mayor al nivel de saturación.
El nivel de saturación para la corriente de colector del circuito se define como
ICsat= VCC/RC.
30
CONMUTACIÓN CON TRANSISTORES. Disponible en Internet: <URL: http://
mailweb.pue.udlap.mx/ ∼lgojeda/apuntes/electronica1/3_6.htm
32
El nivel de IB en la región activa, justo antes de presentarse la saturación puede
aproximarse mediante la siguiente ecuación; IBmaxima = ICsat/ βcd.
Por lo cual el nivel de saturación debe satisfacer la siguiente condición: IB> ICsat /
βcd.
8. OPTOACOPLADORES
Un optoacoplador combina un dispositivo semiconductor formado por un
fotoemisor, un fotoreceptor y entre ambos hay un camino por donde se transmite
la luz. Todos estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo
general es del tipo DIP. Tal como se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Modelo Físico de un Optpacoplador
8.1 FUNCIONAMIENTO DEL OPTOACOPLADOR
La señal de entrada es aplicada al fotoemisor y la salida es tomada del
fotoreceptor. Los optoacopladores son capaces de convertir una señal eléctrica en
33
una señal luminosa modulada y volver a convertirla en una señal eléctrica. La gran
ventaja de un optoacoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede
establecerse entre los circuitos de entrada y salida como muestra la Figura 5
Figura 5. Estructura Interna del Optoacoplador
Los fotoemisores que se emplean en los optoacopladores de potencia son diodos
que emiten rayos infrarrojos (IRED) y los fotoreceptores pueden ser tiristores o
transistores.
Cuando aparece una tensión sobre los terminales del diodo IRED, este emite un
haz de rayos infrarrojo que transmite a través de una pequeña guia-ondas de
plástico o cristal hacia el fotorreceptor. La energía luminosa que incide sobre el
fotorreceptor hace que este genere una tensión eléctrica a su salida. Este
responde a las señales de entrada, que podrían ser pulsos de tensión.
8.2. TIPOS DE OPTOACOPLADORES
* Fototransistor: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida
formada por un transistor BJT.
* Fototriac: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por
un triac
34
* Fototriac de paso por cero: optoacoplador en cuya etapa de salida se encuentra
un triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta al triac
sólo en los cruce por cero de la corriente alterna.
9. SOLUCIÓN INGENIERIL
El sistema desarrollado en el presente proyecto de grado es un control de
alcoholemia que se implementó en un automóvil para evitar que conductores
embriagados puedan conducir.
Funciona de la siguiente forma: el conductor se sienta en el automóvil y antes de
girar la llave para encenderlo, este le pide una prueba de alcoholemia; si el
conductor tiene un grado de alcohol en sangre menor a 0.39 gr/ Ml, se activa el
sistema permitiendo encender el carro, de lo contrario (0.4 gr/ Ml en adelante) el
sistema queda bloqueado hasta que la persona presente satisfactoriamente la
prueba.
9.1. CÓMO ESTÁ HECHO EL SISTEMA
El sistema se compone de tres etapas como se ve en grafico 4:
Etapa de detección, Etapa de procesamiento y Etapa de potencia (Aparte de estas
etapas, dentro de la etapa de procesamiento está la protección del dispositivo para
evitar que el conductor pueda violar el sistema.)
35
Grafico 4. Diagrama del sistema
9.1.1. Etapa De Detección. Para esta etapa se implemento un detector personal
de alcohol marca SAFE y distribuido por la firma Radiovox de España que se
puede observar en el grafico 5.
Grafico 5. Alcoholímetro SAFE
Este detector tiene las siguientes características:
* Tamaño: 57 x 34 x 13 mm.
* Peso: 20 gr
* Alimentación: 1 pila de 1.5 v (tipo AAA, um-4, RO 3)
36
* Consumo: 151 mA
* Material de la carcasa: ABS.
* Periodo de fiabilidad probada: 1 año en condiciones normales.
* Indicación de alcohol según el LED encendido (en gr. alcohol/ litro de sangre):
•
Verde: entre 0.0 y 0.39.
•
Amarillo: entre 0.4 y 0.59.
•
Naranja: entre 0.6 y 0.89.
•
Primer rojo: entre 0.9 y 1.29.
•
Segundo rojo: más de 1.3.
* Tiempo de recuperación entre muestras: Entre 15 a 30 segundos.
* Precio: US$ 61.21 mas US$ 5.95 de gastos de envío. (Comprado en España)
En cuanto a su certificación como aparato de detección de alcohol, presentó y
aprobó pruebas de resultado realizadas por el KRISS (Instituto Coreano de
Investigación Científica y Normalización). Además, tiene el Q Mark (Certificado de
Calidad) concedido por el KETI (Instituto Coreano de Mediciones Eléctricas).
Funcionamiento del alcoholímetro: El detector en el momento en que se oprime el
botón de encendido, realizando una auto prueba para confirmar el estado inicial.
Cuando finaliza, la persona sopla por la boquilla que tiene para la prueba y el
resultado se visualiza por una serie de 5 LED´s de colores verde, amarillo,
naranja, y dos rojos, que deacuerdo con el nivel de alcohol, se encienden en ese
orden. Para el desarrollo solo se tomaran en cuenta los dos primeros LED’s ya
que si se enciende el LED verde la persona tiene un nivel de alcoholemia que le
37
permite conducir; si se llega a encender el LED amarillo, esto indicaría que la
persona ya no esta en condiciones de conducir, es decir, sobrepasa los 0.04gr/ml,
de alcoholemia, esto se desarrolló basándose en la regulación Colombiana al
respecto de los niveles de alcoholemia mencionados anteriormente.
La forma de operación del detector según la empresa distribuidora es la siguiente:
-
Colocar el interruptor de la parte superior en su posición más cercana a la
boquilla.
-
Mantener presionado el Botón de Activación. Se iluminaran el piloto de
encendido y los LED´s indicadores de nivel y se iniciara un examen de
autocomprobación que finalizara cuando estos últimos se apaguen.
-
Tirar suavemente la boquilla del Sensor y soplar sobre ella, manteniéndola a
una pequeña distancia de los labios (mientras se sigue presionando el Botón
de Activación).
-
Los LED´s indicadores se iluminarán hasta indicar el nivel estimado de alcohol
en sangre.
Este detector es para uso personal y aunque su margen de confiabilidad es inferior
a la de los detectores utilizados por la policía en sus controles, se ajusta a la
necesidades de este proyecto, ya que no se pretende ser prueba judicial, sino
indicarle al conductor que no está en condiciones de conducir y por esta razón el
carro no encenderá.
38
Ya que el detector funciona con una pila AAA de 1.5 v, fue necesario acoplarlo al
la etapa eléctrica del dispositivo. Para su acople se tuvo en cuenta que la batería
con la cual funciona el sistema tiene un voltaje de 6 voltios y una corriente de 120
miliamperios, se utilizó un regulador (LM7805) que disminuyó ese voltaje a 5
voltios, posteriormente se utilizo un divisor de voltaje con resistencias de valores
bajos con el fin de estabilizar el voltaje en 1.5 v en teoría, pero en la practica
disminuya a aproximadamente 1.25 v.
9.1.1.1. Implementación.
El detector fue acomodado de forma que este sea de
fácil manipulación colocado en un soporte, así, cuando el conductor vaya a
realizar la prueba debe retirarlo del soporte y acercarlo a su boca. Al quitarlo del
soporte automáticamente se activará para que haga la autocomprobación. La
persona sabe que puede iniciar la prueba porque un bombillo se enciende en el
interior del vehículo informándole.
Se conectaron a las terminales de los LED´s verdes y amarillo, cables que se
comunican con el microcontrolador con el objetivo de enviar información de
verificación de si el conductor sobrepasa el nivel de alcoholemia permitido por la
ley Colombiana.
Cuando todos los LED´s se apagan, se enciende una luz verde indicando que la
prueba de alcoholemia puede ser realizada.
39
9.1.2. Etapa de procesamiento. La etapa de procesamiento esta compuesta de un
microprocesador PIC 16F877 que recibe la señal de los LED´s del detector y
mediante un programa procesa esta información.(Ver anexo)
El programa recibe la señal que le envía una compuerta OR a la cual le llega la
información de tres sensores ubicados en la silla, la puerta y el cinturón de
seguridad. Y que con cualquiera de estos sensores activados la compuerta le
informa al microprocesador esta variación.
Estos sensores deben ser activados en este mismo orden para que el
microprocesador acepte las señales del alcoholímetro, si estos no son activados
en ese orden, el sistema se queda en un bucle hasta que la haga correctamente.
Si una vez encendido el automóvil alguno de los tres sensores de protección es
desactivado, el microcontrolador dará un tiempo de 10 segundos para reactivarlo,
de lo contrario, este eliminará el pulso que envío a la etapa de potencia, teniendo
como resultado el apagado del automóvil.
Para la implementación de estos sensores se utilizaron pulsadores que se
ubicaron de la siguiente forma:
El primero se encuentra en el centro de la silla de forma que cuando el conductor
se sienta oprime el pulsador y cierra el circuito. El segundo esta ubicado en el
marco de la puerta de forma que cuando esta es cerrada, se activa, y el tercero
esta ubicado en la hembra del cinturón de seguridad que se active cuando el
macho es puesto. Para solucionar el problema del rebote de los tres pulsadores,
en el programa del microcontrolador se dejo un tiempo de retardo entre el
40
momento en que cualquier pulsador es activado y el microcontrolador toma esta
señal, este tiempo es de aproximadamente de 0,017 seg.
Con los tres sensores activados correctamente, el microcontrolador activa la
alimentación eléctrica del alcoholímetro para que el conductor pueda realizar la
prueba de alcoholemia. En el momento que el alcoholímetro tiene un resultado,
aparece indicado en los LED´s y a través de los cables conectados a dichos LED´s
es enviado a las entradas del microcontrolador encargadas de recibirla.
El microcontrolador internamente fue programado como una compuerta NAND de
dos entradas, ya que si recibe señal de solo el LED verde (Nivel de alcoholemia
por debajo de 0.4 BAL) a la salida es Uno Lógico (1), el cual va a la etapa de
potencia para darle arranque al automóvil. Es importante aclarar que este Uno
Lógico queda almacenado mientras el automóvil este encendido para evitar que el
automóvil quede desactivado cuando el alcoholímetro deje de ser utilizado. En
caso que el microcontrolador reciba la señal de los LED´s verde y amarillo
(Sobrepasa el nivel de alcohol permitido por la ley para conducir) el resultado del
microcontrolador es un Cero Lógico lo cual mantiene desactivada la etapa de
potencia impidiendo encender el automóvil. Se colocó un optoacoplador MOC
3021 para proteger al microcontrolador de posibles retroalimentaciones de
corriente y picos de voltaje provenientes de la etapa de potencia.
9.1.3. Etapa de potencia. La etapa de potencia está conformada por un SCR
S4012R con las características técnicas ilustradas en la Tabla 2.
41
IGT Min
40 mA
VGT Max (V)
1.5
VGFM (V)
10
ISURGE (A)
300
IHOLD Min (mA)
40
VGRM (V)
10
VF Max (V)
1.8
Temp. de operación (ºC)
-40 a 125
dV/dT (typ) µsec
50
Pg avg (W)
0.5
Tabla 2. Características técnicas del SCR S4012R
Este dispositivo funciona como un Relevo de Estado Sólido en el cual la
compuerta (GATE) va a activar el diodo del SCR mediante una corriente de
enganche generada a partir del voltaje que envía el microcontrolador, en cuanto
este compruebe una entrada afirmativa del sensor de alcohol.
El microcontrolador generará un Uno Lógico, el cual en términos de voltaje variará
de 3.6 a 5 voltios. La compuerta del SCR necesita de una corriente de enganche
de 40 mA, según la Tabla 2 de características de funcionamiento, cuando en la
compuerta (GATE) se presenta una corriente de enganche igual o superior a la
necesaria deja pasar la corriente entre el ánodo y el cátodo del SCR, el cual va a
permitir el encendido del vehículo.
42
Si el microcontrolador da un Cero Lógico, la corriente de enganche es igual a cero
y por ende no dará paso de corriente entre el ánodo y cátodo, concluyendo en la
imposibilidad de encender el vehículo
La salida lógica que genera el microcontrolador es de 5V por lo tanto se tiene que
obtener una corriente de enganche suficiente que alcance la zona de disparo y
que no sobrepase la potencia eficaz de la compuerta PG(AV) = 0.5 W, tal como se
ve en la Figura 6.
IGT= 40 mA
5V
40mA
R = 125Ω
R=
Figura 6. Ecuación de Salida lógica
La resistencia a la entrada de la compuerta es de 125Ω para poder obtener una
IGT = 40 mA, para obtener mejores resultados utilizamos una resistencia de 68Ω
que nos va a generar un IGT = 73.5 mA
9.2. PORQUE SE USÓ CADA COMPONENTE
El detector personal de alcohol marca SAFE fue utilizado dada su facilidad de
operación y de costo US$ 67.16, lo cual a pesar de ser un valor elevado para el
usuario promedio, era el más económico con un buen rango de funcionamiento.
43
El microcontrolador PIC16F877 fue utilizado por sus características de mayor
numero de puertos de entrada y capacidad de memoria. Además, por pertenecer a
la familia MICROCHIP.
El MOC 3021 se utilizó porque la corriente de salida del microcontrolador se
adapta fácilmente a las condiciones de trabajo de este.
El SCR
S4012R fue utilizado porque soporta una corriente máxima de
funcionamiento de 12 amperios y 400 voltios, condiciones suficientes para
soportar cambios bruscos en el funcionamiento eléctrico del automóvil. (Cortos o
sobrecargas).
44
10. CONCLUSIONES
Al finalizar este estudio fue posible llegar a diversas conclusiones, algunas de tipo
teórico y otras de tipo practico.
Se concluyó que es posible diseñar un sistema de protección de estas
características, tal como se propuso, con tecnología disponible en Colombia, a
costos razonables (aproximadamente 700.000 pesos) y de fácil implementación
en cualquier automóvil ya que se dirige a cualquier tipo de encendido ya sea este
convencional o electrónico.
El desarrollo de este sistema se dirigió desde su inicio a una intención social de
prevención de accidentes de transito como consecuencia del manejo bajo los
efectos del alcohol, y aunque no se espera que sea una solución total a esta
problemática, si se busca a través del control generar ciertos niveles de conciencia
en aquellos que conducen, sobre la mezcla de alcohol y gasolina.
A través de la elaboración de este proyecto se pudo conocer mas a fondo el
funcionamiento de un automóvil, lo que puede llevar a diseños no solo de este
tipo, sino a otros estudios dirigidos a desarrollar medidas de seguridad para
prevención de robos, y ampliar el espectro de la prevención hacia la imposibilidad
de conducción no solo bajo los efectos del alcohol, sino bajo efectos del consumo
de otras sustancias que afecten el comportamiento. También por condiciones de
salud
que dificulten la capacidad de conducir. Además, también seria
45
enriquecedor al área de seguridad automotriz la implementación de diversos
controles que permitan la regulación de velocidad ante ciertos niveles de
alcoholemia en los conductores, de modo que aunque no superen el limite legal,
sea posible establecer también algún tipo de seguridad adicional. Todo esto
teniendo en cuenta que aunque no se supere un cierto nivel de alcohol sus
capacidades para conducir se encuentran disminuidas. Permitiendo así abrir las
posibilidades al trabajo interdisciplinario y enriqueciendo el campo de acción de la
ingeniería electrónica.
Se deja planteado para estudios futuros la posibilidad que el dispositivo realice
pruebas aleatorias mientras el vehículo se encuentra encendido y de esta manera
mejora la inviolabilidad del sistema.
Como conclusión final y quizá de mayor importancia, es que a pesar de la
elaboración de cualquier tipo de control, si no existe una conciencia de la
necesidad de no ingerir ningún nivel de alcohol antes de manejar no será posible
de ningún modo prevenir en su totalidad los accidentes, y las perdidas humanas
como consecuencia de esta actividad.
46
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