DIY Saç Kurutma Makinesi N95 Havalandırma Sterilizatörü: 13 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

SONG et al. (2020)[1], Bir saç kurutma makinesinin 30 dakika boyunca ürettiği 70°C ısı, bir N95 havalandırmasında virüsleri etkisiz hale getirmek için yeterlidir. Bu nedenle, normal insanlar için, N95 solunum cihazlarını günlük aktiviteler sırasında, bazı kısıtlamalara saygı duyarak yeniden kullanmaları için uygun bir yoldur: nefes alan kanla kontamine olmamalı, nefes kesilmemelidir, vb.

Yazarlar, saç kurutma makinesinin açılması ve 3, 4 dakika ısınmaya bırakılması gerektiğini belirtmektedir. Ardından, kontamine bir N95 havalandırma kilitli bir torbaya konulmalı ve saç kurutma makinesinin ürettiği 30 dakikalık ısıya tabi tutulmalıdır. Bu süreden sonra, çalışmalarına göre virüsler maske üzerinde etkili bir şekilde etkisiz hale getirilecek.

Yukarıda belirtilen tüm eylemler otomatik değildir ve ısıtma sıcaklığının çok düşük (veya çok yüksek) olması gibi sterilizasyon sürecini bozabilecek kısıtlamalar vardır. Dolayısıyla bu proje, SONG ve diğerlerine dayalı otomatik bir Maske Sterilizatörü oluşturmak için bir saç kurutma makinesi, bir mikro denetleyici (Arduino UNO'da bulunan atmega328), bir röle kalkanı ve bir sıcaklık sensörü (lm35) kullanmayı amaçlamaktadır. bulgular.

Gereçler

1x Arduino UNO;

1x LM35 Sıcaklık Sensörü;

1x Röle Kalkanı;

1x 1700W Çift Hızlı Saç Kurutma Makinesi (referans için Taiff Black 1700W)

1x Ekmek Tahtası;

2x erkekten erkeğe atlama kablosu (her biri 15 cm);

6x erkek-dişi atlama kablosu (her biri 15 cm);

2x 0,5m 15A elektrik teli;

1x dişi elektrik konnektörü (ülkenizin standardına göre - Brezilya NBR 14136 2P+T'dir);

1x erkek elektrik konektörü (ülkenizin standardına göre - Brezilya NBR 14136 2P+T'dir);

1x USB Kablo tipi A (Arduino'yu programlamak için);

1x Bilgisayar (Masaüstü, Dizüstü Bilgisayar, Herhangi Bir);

1x Mengene;

1x Tencere kapağı;

2x Lastik Bantlar;

1x Ciltli Spiral Defter;

1x Ziploc® Quart Size (17.7cm x 18.8cm) çanta;

1x Yapışkan bant rulosu

1x 5V USB Güç Kaynağı

Adım 1: Otomatik N95 Havalandırma Sterilizatörü Modelleme

Daha önce belirtildiği gibi, bu proje SONG et. al (2020) bulguları. Bunu başarmak için aşağıdaki adımlar gereklidir:

1. 70°C sıcaklığa ulaşmak için saç kurutma makinesini 3 ~ 4 dakika ısıtın;

2. Havalandırmadaki virüsleri etkisiz hale getirmek için saç kurutma makinesini Ziploc® torbasının içindeki N95 havalandırma deliğine doğrultarak 30 dakika bekletin

Bu nedenle, bir çözüm oluşturmak için modelleme soruları formüle edildi:

a. Tüm saç kurutma makineleri, 3 ~ 4 dakika ısıtıldıktan sonra 70°C sıcaklık üretir mi?

B. Saç kurutma makinesi(ler) 3 ~ 4 dakikalık ısıtmadan sonra 70°C'yi sabit tutuyor mu/yapıyor mu?

C. Ziploc® torbasının içindeki sıcaklık, 3 ~ 4 dakikalık ısıtmadan sonra dışarıdaki sıcaklığa eşit mi?

NS. Ziploc® torbasının içindeki sıcaklık, dışarıdaki sıcaklıkla aynı oranda mı artıyor?

Bu soruları cevaplamak için aşağıdaki adımlar atılmıştır:

I. Her ikisinin de 70°C'ye ulaşıp ulaşamayacağını görmek için iki farklı saç kurutma makinesinden 3 ~ 4 dakika boyunca ısıtma eğrilerini kaydedin

II. 3 ~ 4 dakikalık ilk ısıtmadan sonra 2 dakika boyunca saç kurutma makinesi(ler)inin ısıtma eğrilerini (LM35 sensörü bu adımda Ziploc® torbasının dışında olmalıdır) kaydedin

III. 3 ~ 4 dakikalık ilk ısıtmadan sonra 2 dakika boyunca Ziploc® torbasının içindeki sıcaklığı kaydedin ve bunu II. adımda kaydedilen verilerle karşılaştırın.

IV. Adım II ve III'te kayıtlı ısıtma eğrilerini karşılaştırın (Ziploc® torbasıyla ilgili iç ve dış sıcaklıklar)

Adım I, II, III, bir LM35 sıcaklık sensörü ve LM35 sensörü tarafından zamanın fonksiyonu olarak kaydedilen sıcaklığı periyodik olarak (1Hz - USB Seri iletişim aracılığıyla) bilgilendirmek için geliştirilmiş bir Arduino algoritması kullanılarak yapıldı.

Sıcaklıkları kaydetmek için geliştirilen algoritma ve kaydedilen sıcaklıklar burada mevcuttur [2]

Adım IV, adım II ve III'te kaydedilen verilerle ve Ziploc® torbasının içindeki ve dışındaki ısıtmayı tanımlamak için ısıtma işlevleri oluşturan iki Python betiği ve her iki adımda kaydedilen verilerden grafikler aracılığıyla gerçekleştirildi. Bu Python betikleri (ve bunları çalıştırmak için gereken kitaplıklar) burada mevcuttur [3].

Böylece, I, II, III ve IV adımlarını yaptıktan sonra a, b, c ve d sorularını yanıtlamak mümkündür.

a.soru için [2]'de 2 farklı saç kurutma makinesinden kaydedilen verileri karşılaştırdığımızda, bir saç kurutma makinesinin 70°C'ye, diğerinin ise yalnızca 44°C'ye ulaşabildiğini görmek mümkün.

b sorusunu cevaplamak için 70°C'ye ulaşamayan saç kurutma makinesi dikkate alınmaz. 70°C'ye ulaşabilen veriyi incelerken (step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] dosyasında mevcuttur) b'ye verilen yanıt da hayırdır, çünkü ilk 4 dakikalık ısıtma süresinden sonra 70°C'yi sabit tutamaz.

Ardından, Ziploc'un içindeki ve dışındaki sıcaklıkların eşit olup olmadığını (c sorusu) ve aynı oranda artıp artmadığını (soru d) bilmek gerekir. Step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] ve step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] dosyalarında bulunan veriler, [3]'teki eğri uydurma ve çizim algoritmalarına gönderilen her iki soruya da yanıt verir; her ikisi de hayırdır, çünkü Ziploc® torbasının içindeki sıcaklık maksimum 70'e ulaşmıştır ~ 71°C iken, dışarıdaki sıcaklık maksimum 77 ~ 78°C'ye ulaştı ve Ziploc®'un torba iç sıcaklığı dışarıdaki muadilinden daha yavaş arttı.

Şekil 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro, Ziploc® torbasının dış / iç sıcaklıklarının zamana bağlı olarak bir grafiğini gösterir (turuncu eğri iç sıcaklığa, mavi eğri dış sıcaklığa karşılık gelir). Görüldüğü gibi, iç ve dış sıcaklıklar farklıdır ve farklı oranlarda artar - Ziploc çantasının içinde dışarıya göre yavaşça. Şekil ayrıca sıcaklık fonksiyonlarının şu şekilde olduğunu bildirir:

Sıcaklık(t) = Ortam Sıcaklığı + (Son Sıcaklık - Ortam Sıcaklığı) x (1 - e^(sıcaklık artış hızı x t))

Ziploc® torbasının dışındaki sıcaklık için zaman cinsinden sıcaklık fonksiyonu:

T(t) = 25.2 + 49.5 * (1 - e^(-0.058t))

Ziploc® torbasının içindeki sıcaklık için zaman cinsinden sıcaklık fonksiyonu:

T(t) = 28.68 + 40.99 * (1 - e^(-0.0182t))

Dolayısıyla, eldeki tüm bu veriler (ve diğer ampirik sonuçlar) ile, bu DIY N95 Sterilizatör modelleme süreci hakkında aşağıdakiler söylenebilir:

-Farklı saç kurutma makineleri farklı sıcaklıklar üretebilir - Bazıları 70°C'ye ulaşamazken, diğerleri bu referansı çok aşacaktır. 70°C'ye ulaşamayanlar için ilk ısıtma süresinden sonra kapatılmalı (gereksiz enerji israfını önlemek için) ve sterilizatör operatörüne bu konuyu bildiren bir hata mesajı sorulmalıdır. Ancak 70°C derece referansını aşanlar için, sıcaklık belirli bir sıcaklığın (70 + üst sınır) °C'nin üzerine çıktığında (N95 havalandırmanın koruma kapasitesinin zarar görmemesi için) saç kurutma makinesini kapatıp açmak gerekir. N95 (70 - alt sınır) °C'nin altındaki bir sıcaklığa soğutulduktan sonra sterilizasyon işlemine devam etmek için tekrar;

-LM35 sıcaklık sensörü Ziploc® torbasının içinde olamaz, çünkü odadaki virüs suşları ile kontaminasyonu önlemek için torbanın kapatılması gerekir, bu nedenle LM35 sıcaklığı torbanın dışına yerleştirilmelidir;

-İçerideki sıcaklık dıştakinden daha düşük olduğundan ve artması için daha fazla zaman gerektirdiğinden, soğutma (azalma) işleminin nasıl gerçekleştiğini anlamak zorunludur, çünkü eğer iç sıcaklığın düşmesi dış sıcaklıktan daha fazla zaman alıyorsa, Ziploc®'un torba sıcaklığının artması/azalması arasındaki nedensel ilişki ve böylece tüm ısıtma/soğutma sürecini düzenlemek için dış sıcaklığı bir referans olarak kullanmak mümkündür. Ama yapmazsa, başka bir yaklaşıma ihtiyaç duyulacaktır. Bu, 5. bir modelleme sorusuna yol açar:

e. Ziploc® torbasının içindeki sıcaklık dışarıdan daha mı yavaş düşüyor?

Bu soruyu cevaplamak için 5. adım atıldı ve soğutma işlemi sırasında (Ziploc® torbasının içi/dışı) elde edilen sıcaklıklar kaydedildi (burada [4] mevcuttur). Bu sıcaklıklardan, Ziploc® torbasının dışını ve içini soğutmak için soğutma işlevleri (ve ilgili soğutma hızları) keşfedildi.

Dış Ziploc® soğutma işlevi çantası: 42.17 * e^(-0.0089t) + 33.88

İç karşılığı: 37.31 * e^(-0.0088t) + 30.36

Bunu akılda tutarak, Şekil 2 - Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro'nun gösterdiği gibi, her iki işlevin de eşit şekilde azaldığını (-0.0088 ≃ -0.0089) görmek mümkündür: (mavi/turuncu Ziploc® çantasının dışında/içindedir))

Ziploc® torbasının içindeki sıcaklık, dışarıdaki sıcaklıkla aynı oranda düştüğü için, dış sıcaklık, ısıtma gerektiğinde saç kurutma makinesini açık tutmak için bir referans olarak kullanılamaz çünkü dış sıcaklık, iç sıcaklıktan daha hızlı artar ve dış sıcaklık olduğunda (70 + üst sınır) °C'ye ulaşırsa iç sıcaklık, havalandırmayı sterilize etmek için gerekli sıcaklıktan daha düşük olacaktır. Ve zamanla, iç sıcaklık, orta değerinde seyreltik bir düşüş yaşayacaktır. Bu nedenle, sıcaklığını (70 - alt sınır) °C'den en az 70 °C'ye çıkarmak için gerekli süreyi belirlemek için zaman açısından iç sıcaklık fonksiyonunu kullanmak gerekir.

3°C alt sınırdan (ve dolayısıyla 67°C başlangıç sıcaklığı) ≃ 70°C'ye ulaşmak için, Ziploc® torbasının zaman açısından sıcaklık fonksiyonuna göre en az 120 saniye beklemek gerekir..

Yukarıdaki modelleme sorularının tüm cevapları ile minimal düzeyde uygulanabilir bir çözüm oluşturulabilir. Elbette, burada ele alınamayacak özellikler ve iyileştirmeler olmalıdır - her zaman keşfedilecek veya geliştirilecek bir şey vardır - ancak ortaya çıkan tüm unsurların gerekli çözümü oluşturabilmesidir.

Bu, kurulan modeli elde etmek için Arduino'da yazılacak bir algoritmanın detaylandırılmasına yol açar.

Adım 2: Otomatik N95 Havalandırma Sterilizatörü Çalışma Algoritması

2. adımda ortaya çıkan gereksinimlere ve modelleme sorularına dayalı olarak, yukarıdaki resimde açıklanan algoritmalar geliştirildi ve github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer adresinden indirilebilir.

Adım 3: Arduino'ya Kod Yükleme

1. Arduino Zamanlayıcı Kitaplığını İndirin - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. N95 saç kurutma makinesi sterilizatör kaynak kodunu indirin -
3. Arduino IDE'yi açın
4. Arduino Timer Library Ekle: Sketch -> Include Library -> Add. ZIP Library ve indirildiği klasörden Timer-master.zip dosyasını seçin
5. n95hairdryersterilizer-master.zip dosyasını çıkarın
6. Arduino IDE ile n95hairdryersterilizer.ino dosyasını açın
7. Bir çizim klasörü oluşturma istemini kabul edin ve n95hairdryersterilizer.ino'yu oraya taşıyın
8. A Tipi USB Kablosunu Arduino UNO'ya Takın
9. A Tipi USB Kablosunu PC'ye Takın
10. Arduino IDE'de, taslak zaten açıkken, Arduino'ya kod yüklemek için Sketch -> Upload (Ctrl + U) üzerine tıklayın.
11. Arduino çalışmaya hazır!

Adım 4: Röle Kalkanını Elektrik Konnektörlerine Bağlama

Röle Kalkanı Güç Kablosu Yapısı:

1. Elektrik erkek konektöründen topraklama pimini 15A elektrik teli ile elektrik dişi konektörünün topraklama pimine bağlayın;

2. Elektrik erkek konektöründen bir pimi doğrudan 15A elektrik kablosuyla röle blendajının C kaynaklı konektörüne bağlayın;

3. Elektrik erkek konektöründen diğer pimi 15A elektrik kablosuyla elektrik dişi konektörünün sol pimine bağlayın;

4. Sağ pimi elektrik dişi konektöründen doğrudan 15A elektrik kablosuyla röle blendajının NO kaynaklı konektörüne bağlayın;

Saç kurutma makinesini Relay Shield Güç Kablosuna takma:

5. Saç kurutma makinesinin elektrikli erkek konektörünü Relay Shield Güç Kablosunun elektrikli dişi konektörüne takın

Adım 5: Röle Kalkanını Arduino'ya Kablolama

1. GND'yi Arduino'dan erkek-erkek atlama kablosuyla Breadboard'un negatif hattına bağlayın;

2. 5V pinini Arduino'dan Breadboard'un pozitif hattına erkek-erkek jumper kablosuyla bağlayın;

3. Arduino'dan dijital pin #2'yi erkek-dişi atlama kablosuyla Relay Shield'in sinyal pinine bağlayın;

4. 5V pini Röle Kalkanından Breadboard'un pozitif hattına erkek-dişi atlama kablosuyla bağlayın;

5. GND pinini Röle Kalkanından Breadboard'un negatif hattına erkek-dişi atlama kablosuyla bağlayın;

Adım 6: LM35 Sıcaklık Sensörünün Arduino'ya Bağlanması

LM35 sensörünün düz tarafını önden referans olarak alarak:

1. 5V pini (soldan sağa) LM35'ten Breadboard'un pozitif hattına dişi-erkek atlama kablosuyla bağlayın;

2. Sinyal pinini (soldan sağa 2. pin) LM35'ten Arduino'nun A0 pinine dişi-erkek jumper kablosu ile bağlayın;

3. GND pinini (soldan sağa) LM35'ten Breadboard'un negatif hattına dişi-erkek atlama kablosuyla bağlayın;

Adım 7: Saç Kurutma Makinesini Mengeneye Takma

1. Mengeneyi bir masanın üzerine sabitleyin

2. Saç kurutma makinesini mengeneye yerleştirin

3. Mengeneyi, saç kurutma makinesinin iyi takılı kalması için ayarlayın.

Adım 8: Ziploc® Çanta Desteğinin Hazırlanması

1. Ciltli spiral defteri seçin ve ilk resimde gösterildiği gibi içine iki lastik bant yerleştirin;

2. Bir kapak (ikinci resimde gösterilen gibi) veya ciltli spiral defteri düz bir konumda bırakmak için destek olarak kullanılabilecek herhangi bir şey seçin;

3. İki lastik bantlı ciltli spiral defteri tencere kapağının üstüne yerleştirin (üçüncü resimde gösterildiği gibi)

Adım 9: Havalandırmayı Ziploc® Torbasının İçine Yerleştirme

1. Olası oda kontaminasyonunu önlemek için N95 Havalandırmayı Ziploc® Torbanın içine dikkatlice koyun ve uygun şekilde kapatın (Resim 1);

2. Ziploc® Torbasını desteğine yerleştirin (önceki adımda oluşturulmuş), ciltli spiral defter üzerine yerleştirilmiş iki lastik bandı çekerek (Resim 2);

Adım 10: Sıcaklık Sensörünü Dış Ziploc® Torbasına Takma

1. LM35 sensörünü yukarıda gösterildiği gibi biraz yapışkan bantla Ziploc® Torbasının dışına yapıştırın;

Adım 11: N95 Havalandırmayı ve Desteğini Doğru Konumda Yerleştirme

1. N95 Havalandırma, saç kurutma makinesinden 12,5 cm uzaklıkta olmalıdır. Daha uzak bir mesafeye yerleştirilirse sıcaklık 70°C'nin üzerine çıkmaz ve sterilizasyon olması gerektiği gibi olmaz. Daha yakın bir mesafeye yerleştirilirse, sıcaklık 70°C'nin oldukça üzerine çıkarak havalandırmaya zarar verir. Yani 1700W saç kurutma makinesi için en uygun mesafe 12,5 cm'dir.

Saç kurutma makinesinin gücü az ya da çok ise, sıcaklığı 70°C'ye yakın tutmak için mesafe uygun şekilde ayarlanmalıdır. Arduino'daki yazılım, bu ayarlama işlemini farklı saç kurutma makineleri için yapılabilir hale getirmek için her 1 saniyede bir sıcaklık yazdırır;

Adım 12: Her Şeyi Çalıştırmak

Önceki adımlardaki tüm bağlantılar gerçekleştirildikten sonra, Relay Shield güç kablosu elektrik erkek konektörünü bir elektrik prizine takın ve USB Kablo Tip A'yı Arduino'ya ve bir USB güç kaynağına (veya Bilgisayar USB bağlantı noktasına) takın. Ardından sterilizatör yukarıdaki videodaki gibi çalışmaya başlayacaktır.

Adım 13: Referanslar

1. Song Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2等. Tıbbi maskede virüs kontaminasyonunun ısıyla inaktivasyonunun değerlendirilmesi[J]. MİKROB VE ENFEKSİYON DERGİSİ, 2020, 15(1): 31-35. (https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006 adresinde mevcut, 08 Nisan 2020'de erişildi)

2. Santos, Diego Ascanio. Sıcaklık Yakalama Algoritması ve Zaman İçinde Sıcaklık Veri Kümeleri, 2020. (https://Gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83 adresinden erişilebilir, 09 Nisan 2020'de erişilebilir)

3. Santos, Diego Ascanio. Fitting/Plotting Algorithms and its Requirements, 2020. (https://Gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf adresinden erişilebilir, 09 Nisan 2020'de erişilebilir)

4. Santos, Diego Ascanio. Sıcaklık Soğutma Veri Kümeleri, 2020. (https://Gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe adresinde bulunabilir, 09 Nisan 2020'de erişilebilir)