Sterilizator de respirație N95 cu uscător de păr: 13 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Conform SONG și colab. (2020) [1], căldura de 70 ° C produsă de un uscător de păr timp de 30 de minute este suficientă pentru a dezactiva virușii într-un respirator N95. Deci, este o modalitate fezabilă pentru oamenii obișnuiți de a-și reutiliza respirația N95 în timpul activităților de zi cu zi, respectând anumite constrângeri precum: respirația nu trebuie contaminată cu sânge, respirația nu trebuie spartă etc.

Autorii afirmă că uscătorul de păr trebuie pornit și lăsat să se încălzească timp de 3, 4 minute. Apoi, un respirator N95 contaminat trebuie introdus într-o pungă cu ziplock și supus la 30 de minute de căldură produsă de uscătorul de păr. După acest timp, virușii ar fi efectiv inactivați pe mască, conform studiilor lor.

Toate acțiunile menționate mai sus nu sunt automatizate și există constrângeri care pot deteriora procesul de sterilizare, cum ar fi temperatura de încălzire prea scăzută (sau prea mare). Prin urmare, acest proiect își propune să utilizeze un uscător de păr, un microcontroler (atmega328, disponibil la Arduino UNO), un scut de releu și un senzor de temperatură (lm35) pentru a construi un sterilizator automat cu mască bazat pe SONG și colab. constatări.

Provizii

1x Arduino UNO;

1x senzor de temperatură LM35;

1x Scut de releu;

1x uscător de păr cu viteză dublă de 1700W (negru Taiff 1700W pentru referință)

1x panou de pâine;

2x cabluri jumper de la tată la tată (15 cm fiecare);

6x cabluri jumper de la bărbat la femeie (15 cm fiecare);

2x fir electric de 0,5m 15A;

1x conector electric feminin (conform standardului țării dvs. - Brazilia este NBR 14136 2P + T);

1x conector electric masculin (conform standardului țării dvs. - Brazilia este NBR 14136 2P + T);

1x cablu USB tip A (pentru programarea Arduino);

1x computer (desktop, notebook, oricare);

1x menghină;

1x capac capac;

2x benzi de cauciuc;

1x Caiet spiralat pe hârtie;

1 geanta Ziploc® Quart Dimensiune (17,7cm x 18,8cm);

1x rolă de bandă adezivă

1x sursă de alimentare USB 5V

Pasul 1: Modelare automată a sterilizatorului de respirație N95

După cum sa menționat anterior, acest proiect își propune să construiască un sterilizator automat bazat pe SONG et. al (2020). Următorii pași sunt necesari pentru realizarea acestuia:

1. Încălziți uscătorul de păr timp de 3 ~ 4 minute pentru a atinge temperatura de 70 ° C;

2. Lăsați uscătorul de păr să acționeze 30 de minute în timp ce îl îndreptați către respirația N95 din interiorul unei pungi Ziploc® pentru a dezactiva virușii de pe respirație

Deci, întrebările de modelare au fost formulate pentru a construi o soluție:

A. Toate uscătoarele de păr produc temperatura de 70 ° C după încălzire timp de 3 ~ 4 minute?

b. Uscătorul de păr păstrează o temperatură constantă de 70 ° C după 3 ~ 4 minute de încălzire?

c. Temperatura din interiorul sacului Ziploc® este egală cu temperatura din afara acesteia după 3 ~ 4 minute de încălzire?

d. Crește temperatura din sacul Ziploc® la aceeași viteză cu temperatura din afara acestuia?

Pentru a răspunde la aceste întrebări s-au făcut următorii pași:

I. Înregistrați curbele de încălzire de la două uscătoare de păr diferite timp de 3 ~ 4 minute pentru a vedea dacă ambele pot atinge 70 ° C

II. Înregistrați curbele de încălzire ale uscătorului de păr (senzorul LM35 trebuie să fie în afara sacului Ziploc® la acest pas) timp de 2 minute după 3 ~ 4 minute de încălzire inițială

III. Înregistrați temperatura în sacul Ziploc® timp de 2 minute după 3 ~ 4 minute de încălzire inițială și comparați-o cu datele înregistrate la pasul II.

IV. Comparați curbele de încălzire înregistrate la etapele II și III (temperaturile interioare și exterioare legate de punga Ziploc®)

Etapele I, II, III s-au făcut folosind un senzor de temperatură LM35 și un algoritm Arduino dezvoltat pentru a informa periodic (1Hz - prin comunicare USB Serial) temperatura înregistrată de senzorul LM35 în funcție de timp.

Algoritmul dezvoltat pentru a înregistra temperaturile și temperaturile înregistrate sunt disponibile aici [2]

Pasul IV a fost realizat prin date înregistrate în etapele II și III, precum și prin două scripturi Python care au generat funcții de încălzire pentru a descrie încălzirea în interiorul și exteriorul sacului Ziploc®, precum și graficele din datele înregistrate la ambele etape. Aceste scripturi Python (și bibliotecile necesare pentru a le rula) sunt disponibile aici [3].

Deci, după ce ați făcut pașii I, II, III și IV este posibil să răspundeți la întrebările a, b, c și d.

Pentru întrebarea a. răspunsul este Nu, așa cum se poate vedea, comparând datele înregistrate de la 2 uscătoare de păr diferite în [2] că un uscător de păr este capabil să atingă 70 ° C, în timp ce altul poate atinge doar 44 ° C

Pentru a răspunde la întrebarea b, uscătorul de păr care nu poate atinge 70 ° C este ignorat. Inspectând date de la cel care poate atinge 70 ° C (disponibil la fișierul step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]), răspunsul la b este, de asemenea, nu, deoarece nu poate menține o temperatură constantă de 70 ° C după primele 4 minute de încălzire.

Apoi, trebuie să știm dacă temperaturile din interiorul și exteriorul Ziploc sunt egale (întrebarea c) și dacă cresc în același ritm (întrebarea d). Datele disponibile la fișierele step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] și step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] trimise algoritmilor de montare și trasare a curbei din [3] oferă răspunsuri la ambele întrebări, ambele nu, deoarece temperatura din sacul Ziploc® a atins maximum 70 ~ 71 ° C, în timp ce temperatura exterioară a atins maxim 77 ~ 78 ° C, iar temperatura interioară a sacului Ziploc® a crescut lent decât omologul său exterior.

Figura 1 - Curvas de Aquecimento Fora și Dentro do Involucro prezintă un grafic de temperaturi exterioare / interioare ale sacului Ziploc® în funcție de timp (curba portocalie corespunde temperaturii din interior, curba albastră cu cea din exterior). După cum este posibil să vedeți, temperaturile interioare și exterioare sunt diferite și cresc, de asemenea, la viteze diferite - încet în sacul Ziploc decât în exterior. Figura arată, de asemenea, că funcțiile de temperatură sunt sub forma:

Temperatura (t) = Temperatura mediului + (Temperatura finală - Temperatura mediului) x (1 - e ^ (rata de creștere a temperaturii x t))

Pentru temperatura din afara sacului Ziploc®, funcția de temperatură în termeni de timp este:

T (t) = 25,2 + 49,5 * (1 - e ^ (- 0,058t))

Iar pentru temperatura din sacul Ziploc®, funcția de temperatură în termeni de timp este:

T (t) = 28,68 + 40,99 * (1 - e ^ (- 0,0182t))

Deci, cu toate aceste date (și alte rezultate empirice) la îndemână, se pot afirma următoarele despre acest proces de modelare a sterilizatorului N95 DIY:

-Diferite uscătoare de păr pot produce temperaturi diferite - Unii nu vor putea atinge 70 ° C, în timp ce alții vor depăși mult această referință. Pentru cei care nu pot atinge 70 ° C, trebuie să fie opriți după timpul inițial de încălzire (pentru a evita risipa inutilă de energie) și un mesaj de eroare trebuie solicitat operatorului sterilizatorului, informând această problemă. Dar pentru cei care depășesc gradul de referință de 70 ° C, este necesar să opriți uscătorul de păr atunci când temperatura este peste o anumită temperatură (70 + marjă superioară) ° C (pentru a evita deteriorarea capacității de protecție a respirației N95) și a-l transforma din nou după ce N95 s-a răcit la o temperatură sub (70 - marjă inferioară) ° C, pentru a continua procesul de sterilizare;

-Senzorul de temperatură LM35 nu poate fi în interiorul pungii Ziploc®, deoarece punga trebuie sigilată pentru a evita contaminarea camerei cu tulpini de viruși, astfel temperatura LM35 ar trebui să fie plasată în afara pungii;

-Întrucât temperatura din interior este mai mică decât cea din exterior și necesită mai mult timp pentru a crește, este obligatoriu să înțelegem cum se întâmplă procesul de răcire (descrescător), deoarece, dacă temperatura internă necesită mai mult timp pentru a scădea decât temperatura externă, deci, există un relație de cauzalitate între procesul de creștere / scădere a temperaturii sacului Ziploc® în interiorul și exteriorul și astfel este posibilă utilizarea temperaturii externe ca referință pentru a regla întregul proces de încălzire / răcire. Dar dacă nu, atunci va fi necesară o altă abordare. Acest lucru duce la a cincea întrebare de modelare:

e. Temperatura din interiorul sacului Ziploc® scade mai lent decât în exterior?

A fost luat un al 5-lea pas pentru a răspunde la această întrebare și s-au înregistrat temperaturile obținute în timpul procesului de răcire (în interiorul / exteriorul sacului Ziploc®) (disponibile aici [4]). De la aceste temperaturi, funcțiile de răcire (și ratele lor de răcire respective) au fost descoperite pentru răcirea în afara și în interiorul sacului Ziploc®.

Geanta exterioară pentru funcția de răcire Ziploc® este: 42,17 * e ^ (- 0,0089t) + 33,88

Partea interioară este: 37,31 * e ^ (- 0,0088t) + 30,36

Având în vedere acest lucru, este posibil să vedem că ambele funcții scad în mod egal (-0.0088 ≃ -0.0089), așa cum arată Figura 2 - Curve de Resfriamento Fora și Dentro do Invólucro: (albastru / portocaliu este în afara / în interiorul sacului Ziploc®)

Deoarece temperatura din interiorul sacului Ziploc® scade la aceeași viteză cu temperatura din exterior, temperatura exterioară nu poate fi utilizată ca referință pentru a menține uscătorul de păr pornit atunci când este necesară încălzirea, deoarece temperatura exterioară crește mai repede decât temperatura interioară și când temperatura exterioară atinge (70 + marjă superioară) ° C temperatura interioară ar fi mai mică decât temperatura necesară pentru sterilizarea respirației. Și, în timp, temperatura interioară ar experimenta o scădere diluată a valorii sale medii. Deci, este necesar să utilizați funcția de temperatură interioară în termeni de timp pentru a determina timpul necesar pentru a crește temperatura de la (70 - marjă inferioară) ° C la cel puțin 70 ° C.

De la o marjă inferioară de 3 ° C (și, în consecință, o temperatură de pornire de 67 ° C) pentru a atinge ± 70 ° C, este necesar să așteptați cel puțin 120 de secunde, în funcție de funcția de temperatură a sacului Ziploc® în termeni de timp..

Cu toate răspunsurile la întrebările de modelare de mai sus, se poate construi o soluție minim viabilă. Desigur, trebuie să existe caracteristici și îmbunătățiri care nu au putut fi abordate aici - există întotdeauna ceva de descoperit sau îmbunătățit - dar este că toate elementele obținute sunt capabile să construiască soluția necesară.

Acest lucru duce la elaborarea unui algoritm care să fie scris la Arduino, pentru a realiza modelul stabilit.

Pasul 2: Algoritm automat de funcționare a sterilizatorului de aerisire N95

Pe baza cerințelor și a întrebărilor de modelare susținute în pasul 2, algoritmii descriși în imaginea de mai sus au fost dezvoltați și pot fi descărcați la github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

Pasul 3: Încărcarea codului pe Arduino

1. Descărcați Arduino Timer Library - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Descărcați codul sursă al sterilizatorului de păr N95 -
3. Deschideți Arduino IDE
4. Adăugați Arduino Timer Library: Schiță -> Includeți biblioteca -> Adăugați o bibliotecă. ZIP și selectați fișierul Timer-master.zip, din folderul de unde a fost descărcat
5. Extrageți fișierul n95hairdryersterilizer-master.zip
6. Deschideți fișierul n95hairdryersterilizer.ino cu Arduino IDE
7. Acceptați promptul pentru a crea un dosar de schițe și mutați n95hairdryersterilizer.ino acolo
8. Introduceți cablul USB de tip A în Arduino UNO
9. Introduceți cablul USB de tip A în computer
10. La Arduino IDE, cu schița deja deschisă, faceți clic pe Schiță -> Încărcare (Ctrl + U) pentru a încărca codul în Arduino
11. Arduino este gata să ruleze!

Pasul 4: Cablarea scutului releului la conectorii electrici

Clădirea cablului de alimentare a scutului cu releu:

1. Conectați știftul de masă de la conectorul tată electric la pinul de masă al conectorului tată electric cu fir electric de 15A;

2. Conectați un pin de la conectorul tată electric direct la conectorul C al scutului releului cu fir electric de 15A;

3. Conectați celălalt pin de la conectorul tată electric la pinul stâng al conectorului tată electric cu fir electric de 15A;

4. Conectați știftul drept de la conectorul electric feminin direct la conectorul NO al scutului releului cu fir electric de 15A;

Conectarea uscătorului de păr în cablul de alimentare al scutului releu:

5. Conectați conectorul tată electric al uscătorului de păr în conectorul tată electric al cablului de alimentare al scutului de releu

Pasul 5: Cablarea releului Shield la Arduino

1. Conectați GND de la Arduino la linia negativă a Breadboard cu cablu jumper de la bărbat la bărbat;

2. Conectați pinul de 5 V de la Arduino în linia pozitivă a Breadboard-ului cu cablu jumper de la bărbat la bărbat;

3. Conectați pinul digital # 2 de la Arduino în pinul de semnal al Shield-ului cu releu cu cablu jumper de la bărbat la femeie;

4. Conectați pinul de 5 V de la Shield-ul relei în linia pozitivă a panoului cu cablu jumper de la bărbat la femeie;

5. Conectați pinul GND de la Shield-ul releului în linia negativă a plăcii de pâine cu un cablu jumper de la bărbat la femeie;

Pasul 6: Cablarea senzorului de temperatură LM35 la Arduino

Luând partea plată a senzorului LM35 ca referință frontală:

1. Conectați pinul 5V (primul pin de la stânga la dreapta) de la LM35 în linia pozitivă a panoului cu cablu jumper de la mamă la mamă;

2. Pinul de semnal fir (al doilea pin de la stânga la dreapta) de la LM35 în pinul A0 al Arduino cu cablu jumper de la mamă la mamă;

3. Conectați pinul GND (primul pin de la stânga la dreapta) de la LM35 în linia negativă a panoului cu cablu jumper de la mamă la mamă;

Pasul 7: Atașarea uscătorului de păr la menghină

1. Fixează menghina peste o masă

2. Așezați uscătorul de păr în menghină

3. Reglați menghina pentru a lăsa uscătorul de păr bine atașat

Pasul 8: Pregătirea suportului pentru sac Ziploc®

1. Alegeți caietul spiralat pe hârtie și puneți două benzi de cauciuc în el, așa cum se arată în prima imagine;

2. Alegeți un potlid (ca cel prezentat în a doua imagine) sau orice altceva care poate fi folosit ca suport pentru a lăsa caietul spiralat pe hârtie în poziție dreaptă;

3. Așezați caietul spiralat acoperit cu două benzi de cauciuc în partea superioară a capacului oalei (așa cum se arată în a treia imagine)

Pasul 9: Așezarea respiratorului în sacul Ziploc®

1. Introduceți cu grijă N95 Breather în Ziploc® Bag și sigilați-l corespunzător, pentru a evita posibila contaminare a camerei (Imaginea 1);

2. Așezați Ziploc® Bag pe suportul său (construit pe pasul anterior), trăgând cele două benzi de cauciuc plasate peste caietul spiralat pe hârtie (Imagine 2);

Pasul 10: Atașarea senzorului de temperatură la sacul Ziploc® în exterior

1. Atașați senzorul LM35 în afara sacului Ziploc® cu puțină bandă adezivă, așa cum se arată mai sus;

Pasul 11: Plasarea N95 Breather și suportul său în poziția corectă

1. N95 Breather trebuie să fie la 12,5 cm distanță de uscător de păr. Dacă este plasată la o distanță mai mare, temperatura nu va crește peste 70 ° C și sterilizarea nu va avea loc așa cum ar trebui. Dacă este plasată la o distanță mai apropiată, temperatura ar crește cu mult peste 70 ° C, provocând daune respirației. Deci, 12,5 cm este distanța optimă pentru un uscător de păr de 1700W.

Dacă uscătorul de păr are o putere mai mult sau mai mică, distanța trebuie reglată corespunzător pentru a menține temperatura cât mai aproape posibil de 70 ° C. Software-ul de la Arduino imprimă temperatura la fiecare 1 secundă, pentru a face acest proces de reglare fezabil pentru diferite uscătoare de păr;

Pasul 12: Pune totul la treabă

După ce s-au efectuat toate conexiunile de la pașii anteriori, conectați conectorul electric masculin al cablului de alimentare al releului Shield la o priză de alimentare și introduceți cablul USB de tip A în Arduino și într-o sursă de alimentare USB (sau portul USB al computerului). Apoi, sterilizatorul va începe să funcționeze la fel ca videoclipul de mai sus

Pasul 13: Referințe

1. Song Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. Evaluarea inactivării termice a contaminării cu virus pe masca medicală [J]. JURNALUL MICROBELOR ȘI INFECȚIILOR, 2020, 15 (1): 31-35. (disponibil la https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, accesat în 08 aprilie 2020)

2. Santos, Diego Ascânio. Algoritm de captare a temperaturii și seturi de date de temperatură în timp, 2020. (Disponibil la https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, accesat în 09 aprilie 2020)

3. Santos, Diego Ascânio. Algoritmi de montare / trasare și cerințele sale, 2020. (Disponibil la https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, accesat în 09 aprilie 2020)

4. Santos, Diego Ascânio. Seturi de date pentru răcirea temperaturii, 2020. (Disponibil la https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, accesat în 09 aprilie 2020)