DIY: Sistema automatizado de renovación de aire ultra low-cost para tu restaurante, aula u oficina. Sistema de ventilación automatizada por 150 €.

Cuando arrancamos este proyecto queriamos ir mas allá de hacer un simple sensor de CO2. Eso ya existía en el mercado, y nuestro objetivo era hacer algo que resultase realmente innovador y que pudiese contribuir de una forma sencilla a automatizar el control del nivel de CO2 en la sala, y que en definitiva nos diese seguridad a todos; tanto a jefes como empelados, maestros como alumnos, dueños como a clientes, de que el ambiente en el que estabamos respirando  era seguro.

¿Por qué CO2Panel es innovador... si ya existian sensores?

Bueno... como deciamos es cierto que ya existen sensores, pero al final los sensores "convencionales" son "de mano" y estan concebidos para su uso momentaneo, no estacionario. Se usan en un momento determinado, se evalua el nivel de CO2 cuando el local esta tranquilo (al principio del servicio), y por desgracia lo mas natural es que se guarden en un cajón, hasta que alguien (dentro de unos dias o semanas) nos pregunte o nos hable del tema. L@s dueñ@s de los restaurantes, l@s maestr@s y en general las personas que son responsables de un negocio, estan al 200% enfocadas en sacar adelante su negocio o en atender a sus alumnos. Tienen 1000 preocupaciones (especialmente ahora) y va a ser complicado que incluyan en su rutina el control constante de algo que en realidad no se ve y que no genera un "problema perceptible en el corto plazo"; para cuando quieran mirar el sensor y se den cuenta que el nivel esta alto pueden haber pasado horas o días y eso supone un riesgo para todos. Además la información que dan ese tipo de sensores esta accesible para el dueño o el responsable del aparato, y nosotros queriamos que la información fuese visible en todo momento para todo el mundo.

Por eso decidimos que CO2Panel tenia que ser HDMI (para que estuviese siempre conectado a una pantalla grande, a la vista de todo el mundo) y además tenia que ser IOT y enviar la información a internet, no solo para poder ver la información a través del panel de control, si no para poder definir niveles de ALERTA que lanzasen acciones en otros dispositivos IOT que nos ayudasen a evacuar ese exceso de CO2 en la sala y en definitiva a automatizar el control del nivel de CO2 en la sala sin que nadie tenga que preocuparse por ello.

Lo de HDMI lo entiendo, ¿pero que es eso de IOT?

IOT es también llámado "Internet de las cosas" (de hecho IOT es el acrónimo de Internet Of Things). Es algo que poco a poco se va abriendo hueco en nuestra vida... a veces llamado de otras formas, pero en esencia es el mismo concepto. Alexa o Google Home, y todos los dispositivos con los que se hablan ambos ecosistemas, son ejemplos de dispositivos "IOT". Un dispositivo pasa a ser IOT cuando tiene conexión a internet y cuando es posible conectarlo a otros dispositivos para que se establezcan relaciones "CONDICIÓN - ACCIÓN" entre ellos.

Un ejemplo muy clásico... imaginemos que tenemos dos dispositivos IOT. Uno de ellos es un termometro (sensor) y otro es un interruptor domotizado conectado a nuestra caldera (actuador). Como ambos dispositivos son IOT podremos definir una regla que permitirá que el actuador conmute el contacto (y por tanto arranque la caldera) cuando la temperatura que recoja el sensor baje de un umbral que establezcamos. De manera silenciosa este tipo de sistemas se van instaurando en nuestras vidas y dentro de muy poco controlarán algunos automatismos de nuestras ciudades (le pedirán al camión de basura que pase a recoger los cubos cuando éstos informen de que están llenos, o se regulará el tiempo en "rojo" de un semáforo determinado cuando otro sensor detecte que el flujo de coches por determinada calle es sueperior a la regla que se defina desde el ayuntamiento). 

En definitiva la idea es que haya sensores que capten información (como si fuesen nuestros sentidos), que esa información viaje a internet (donde reside la capacidad de procesar esos datos y tomar decisiones) y que desde ahi se establezcan acciones que puedan ser ejecutadas por actuadores que también estén conectados a internet; todo automático, sin que tengamos que preocuparnos de nada. Dejemos que  la tecnología nos ayude y trabaje por nosotros.

El ecosistema IOT de CO2Panel

CO2Panel esta diseñado para trabajar dentro de ese ecosistema a través de su integración con la plataforma IFTTT. IFTTT es un servicio web que permite crear y programar acciones para automatizar diferentes tareas a través de dispositivos IOT. 

IFThisThenThat, ese es el palabro que se esconde detrás del acrónimo IFTTT. Es decir, "Si pasa esto" (lectura de sensor) - "entonces haz esto" (actuación de actuador).

¿Como conectamos CO2Panel con IFTTT?. Pues muy sencillo, en el panel de control de CO2Panel podemos definir que se ejecute una llamada a IFTTT cuando se supere un determinado umbral (umbral de activación) y que se ejecute otra llamada distinta a IFTTT cuando se alcance otro umbral que denominaremos umbral de desactivación. Todo esto lo haremos mediante llamadas a un servicio que esta incluido en IFTTT que se llama WEBHOOK, pero bueno, todo esto lo voy a explicar paso a paso después. Ahora solo queria poner algunas cosas en claro y explicar en lineas generales como funciona el ecosistema. Luego continuaremos explicando como lo configuramos.

Vale... ya entiendo lo que es IOT, se de que va lo de IFTTT ... ¿pero como evacuo el CO2 del local? ¿Cual es un nivel de CO2 alarmante?...

Bueno... yo creo que ya te estarás haciendo una ligera idea de como le vamos a dar boleto al CO2. Jeje. El CO2 es un gas que generamos los seres vivos al respirar. Un ambiente se considera "limpio" o de aire fresco cuando esta a unos 400ppm de CO2. En un entorno cerrado o mal ventilado podemos empezar a acumular niveles de 1500 o 2000ppm, sin que apenas lleguemos a percibirlo (de ahí el peligro).

Según la norma NTP 549 redactada en el año 2000 por el Ministerio de Trabajo (https://www.insst.es/documents/94886/327064/ntp_549.pdf/e9364a82-6f1b-4590-90e0-1d08b22e1074) una persona genera 0,0042 l/s de CO2, lo que equivale a unos 15 litros a la hora. Si el local no esta suficientemente ventilado ese nivel de CO2 empieza a acumularse y el aire que respiramos empieza a estar viciado, y puede contener impurezas y patógenos que provengan de otras personas y que estan en el ambiente, como lo están las moléculas de CO2 que expulsaron esas personas (por eso usamos el CO2 como medidor o termometro que nos indica la calidad del aire que respiramos).

El CSIC ha elaborado una guía muy completa y muy didáctica donde explican todo esto de un modo bastante profundo y que recomiendo leer si el tema te genera curiosidad (dejo link: https://www.ciencia.gob.es/stfls/MICINN/Ministerio/FICHEROS/guia_para_ventilacion_en_aulas_csic.pdf). Aquí daremos solo algunas pinceladas, pero lo usaremos como base para el diseño y dimensionamiento de nuestro sistema de ventilación.

A continuación se muestra uno de los gráficos que se contienen en la guia elaborada por el CSIC. En el podemos comprobar la diferencia tan significativa de lecturas de CO2 en un aula sin ventilación vs. el mismo aula con ventilación forzada.

En el experimento que ellos hicieron, y que comparten a través de este informe,  las mediciones que se ven en la linea roja se realizaron sobre un aula de 150m2 con 15 personas con las ventanas y la puerta cerrada (sin ventilación). Es un caso bastante extremo, pero seguro que muy extrapolable a muchos locales u oficinas, donde las ventanas y las puertas de las salas de las reuniones puedan permanecer cerradas durante un tiempo prolongado, acumulando cantidades significativas de CO2, dando como resultado un ambiente poco idoneo para la salud. Según puede verse en la linea roja se alcanzazon niveles de 3000ppm, lo que se consideraria un nivel muy alto y potencialmente peligroso. No deberiamos permitir que la concentracion de CO2 del local superase los 800-1000ppm.

En ocasiones la ventilación natural puede ser suficiente... especialmente si somos capaces de implementar una ventilación cruzada. Tal y como se observa en el siguiente gráfico, la ventilación natural pude ser suficiente en muchos casos para mantener a raya el nivel de CO2.

Si este es tu caso realmente solo necesitas abrir un poco las ventanas cuando el nivel de CO2 sube por encima de un umbral (puedes configurar CO2Panel para que te envie una alerta al movil cuando se supere dicho umbral, en breve te explico como se hace). 

Lo que nosotros recomendamos es instalar el sensor, evaluar cual es la concentración de CO2 en la sala y como evoluciona en función del tiempo y la afluencia de público y evaluar como funcionan los sistemas de renovación manual. Solo en el caso de que no sea viable mantener el nivel usando los métodos manuales, instalaremos un sistema de renovación forzada; al menos ese es nuestro consejo.

En el restaurante Casa Elena (Cabañas de la Sagra), por ejemplo, al instalar el sensor nos dimos cuenta de que los niveles de CO2 eran muy bajos; pese a no haber un número excesivo de ventanas, el restaurante tiene un techo muy alto y hay una corriente de aire natural que constantemente reclicla el aire de la sala, captando el aire del exterior, haciendolo pasar por la sala y llevándolo hacia la cocina, donde es expulsado al exterior. Podeis ver el video del sistema que implementamos allí, donde no fue necesario implementar ningún sistema de ventilación forzada.

Vale, pero dijimos que en este artículo ibamos a explicar como renovar el aire del local de forma forzada y low-cost. Ok... vamos a ello. Perdonad que me lie con tanta explicación, pero me parece importante entenderlo todo antes de empezar a explicar lo que vamos a hacer.

Lo que vamos a explicar fue el montaje que llevamos al programa Horizonte del pasado 30 de diciembre. Podeis ver el programa completo a través de la plataforma mitele, y en el siguiente enlace teneis un pequeño extracto de lo que se vió en el programa.

CO2Panel en Horizonte (Telecinco) - 30/12/2020

Todo sistema de ventilación forzada requiere preferiblemente de dos sistemas de aire. Uno para meter aire fresco del exterior al recinto, y otro sistema para desalojar el aire viciado del interior del recinto. Podemos implementarlo metiendo solo aire, pero es mucho mas eficiente generar una pequeña corriente de entrada/salida que fuerce el desplazamiento de la masa de aire del local.

En el experimento que llevamos a HORIZONTE, la pecera simulaba el aula/local y simplemente teniamos una luz y dos ventiladores conectados a un relé domótico, que activabamos cuando CO2Panel detectaba un nivel de CO2 por encima de 800. La activación se hacia a través de IFTTT, realizando la debida configuración en el panel de control de CO2Panel, como veremos a continuación. Además encendiamos una luz y enviabamos un mensaje de texto al movil (aunque esto último no se vió en el programa; también es algo que se puede configurar facil a través de IFTTT).

Vamonos de compras

Lo primero será comprar los elementos que necesitamos.

Para poder montar todo el KIT necesitarás empezar haciendote con un CO2Panel PI o un CO2Panel HDMI, que son los dos modelos que disponen de conexión IOT con CO2Panel Cloud. Os dejo enlace para compra:

 

Después continuaremos con los ventiladores / extractores.

Hacen falta dos y nosotros recomendamos sistemas que sean capaces de mover bastante aire. Ten en cuenta que si el local tiene 100m2 y una altura de 3 metros, tenemos 300m3 de volumen de aire, o lo que es lo mismo, 300.000 litros de aire. Necesitamos un caudal de renovación de aire importante para que la ventilación resulte realmente efectiva.

Según la norma NTP 549 de la que hablamos antes, podemos calcular el tiempo y la potencia que necesitaremos tener activado nuestro sistema de ventilación utilizando las siguientes formulas:

 

Supongamos que nuestro local tiene 100m2 y 2.5 metros de altura. Hablamos de una sala de 250m3. Si queremos que la alarma salte a 800 y que cada vez que salte la alarma el CO2 se normalice a 600 (y que en ese momento paren los ventiladores), ¿que potencia de ventilador necesitamos si queremos que el proceso de normalización de co2 dure 5 minutos como máximo?. Pues usando estas formulas lo podemos obtener:

• N. Renovaciones = 1/0.12 * ln( (800-400)/(600-400) ) = 6,93

• QExterior (m3/h) = 250 x 6,93 = 1.732 m3/h

Por tanto necesitamos un ventilador que sea capaz de mover unos 1800m3/h si queremos que normalice el nivel de CO2 en unos 5 minutos (cosa importante, ya que vamos a producir algo de ruido y lo que buscaremos es que el proceso de extracción dure lo menos posible). A mi me ha gustado este; creo que es muy económico y facil de instalar.

https://www.amazon.es/Mophorn-300MMVentilador-Ventilador-Extracci%C3%B3n-YNF-300-2T/dp/B07QBZ67RV/ref=psdc_3049464031_t3_B08342W1F4

 

Este extractor capaz de mover 2.850m3 de aire con un ruido de unos 50db, lo cual es ruido, pero probablemente pase bastante desapercibido si hay ruido en el local y el ventilador esta en una zona alejada del público. Al momento de escribir esta entrada se puede comprar en amazon por menos de 70 €.

Habría que comprar 2 unidades. Uno lo montaremos metiendo aire y otro extrayendo aire. Es importante que los coloquemos de tal modo que hagan el trabajo de un modo eficiente. Lo que mejor funciona es colocar los ventiladores de tal modo que se genere una corriente de aire entre ellos, es decir, en paredes que puedan estar enfrentadas. Evitaremos colocarlos en la misma pared, aunque si no queda otro remedio, por lo menos los colocaremos de modo que esten lo mas lejos posible. El ventilador de suministro lo colocaremos a la mayor altura posible de la sala y el de extracción seria conveniente colocarlo a esa misma altura para facilitar el movimiento de la masa de aire, siempre teniendo cuidado de que la extracción del aire "viciado" no se proyecte sobre las personas que puedan estar transitando por la calle. Esta sería una configuración ideal.

El sistema CO2Panel lo ubicaremos en un sitio que nos de una lectura representativa. Si tenemos una columna al medio del local por ejemplo, seria un buen sitio para captar un valor medio. O si queremos trabajar con la cifra mas pesimista, lo colocariamos cerca del ventilador de extracción. Ten en cuenta que tanto los ventiladores como el CO2Panel tendrán que estar conectados a la red eléctrica (necesitarás un enchufe o punto de luz) y que además el CO2Panel necesitará conexión a internet, por cable o a través de WIFI.

Además de los ventiladores necesitarás un dispositivo IOT que permita activar los ventiladores cuando CO2Panel determine que es necesario. Para esto vamos a usar unos relés domóticos de la casa eMYLO que podemos encontrar en AMAZON por 10 €. Hacen falta 2. 

https://www.amazon.es/Switchs-Wireless-Temporizador-Automation-Compatible/dp/B07FPLBGRN/ref=sr_1_1?dchild=1&keywords=yasorn&pd_rd_r=ef5668d5-dfc8-403d-9d94-577bfd7f5ad6&pd_rd_w=gm58U&pd_rd_wg=dWgYe&pf_rd_p=4770618d-bb9e-4245-af7c-2770354b9269&pf_rd_r=Z0QCKG66J13XNAVA23D4&qid=1609679439&sr=8-1

Vale... ya tenemos todo. El coste de los ventiladores y los relés domóticos nos han salido por unos 150 €. Creo que es un gran precio para la función que van a desempeñar y lo mucho que nos van a ayudar.

La instalación eléctrica es muy sencilla, tan solo conectar los ventiladores a la red eléctrica a través del relé.

Una vez los tengamos instalados es el momento de configurarlo todo.

PASO 1: Configuración de los relés domóticos

Para empezar bajate la aplicación que controla los relés domóticos en el movil. La aplicación que controla esos relés se llama Smart Life y tendrás que bajarla a tu teléfono movil para realizar toda la configuración. Sigue las instrucciones del fabricante para vincular ambos dispositivos con tu cuenta / aplicación. Dales un nombre que te permita despues identificarlos facilmente: ENTRADA AIRE / EXTRACCION AIRE, por ejemplo.

Prueba que funcionan los interruptores activandolos desde el movil. Verifica que ambos dispositivos encienden y apagan los ventiladores cuando aprietas el correspondiente botón desde la app del movil.

Lo siguiente será que te crees dos escenas. Las escenas son conjuntos de acciones que se van a ejecutar juntas. En este caso tendremos una escena que será ACTIVAR VENTILADORES (que activará ambos ventiladores) y otra escena que será APAGAR VENTILADORES (que los desactivará a los dos). Para añadir una escena, una vez dentro de Smart Life busca la opción abajo que dice "INTELIGENCIA", posteriormente aprieta el [+] que hay arriba a la derecha, y en la siguiente pantalla elige "TOCAR PARA EJECUTAR". Después marca "EJECUTAR DISPOSITIVO" y aquí deberian aparecerte tus ventiladores. Pincha sobre cada uno de ellos y marca SWITCH ON (a ambos) cuando se trate de la escena ACTIVAR VENTILADORES y marca SWITCH OFF (a ambos) cuando se trate de la escena APAGAR VENTILADORES. Una vez hayas creado las escenas prueba que funcionan correctamente ejecutandolas (pulsando sobre ellas). Verás que ahora ambos ventiladores se encienden / apagan a la vez.

Una vez que hemos verificado que los ventiladores funcionan cuando los activamos desde el movil a través de la app de Smart Life, es hora de entrar a IFTTT para configurarlo todo.

PASO 2: Creación del servicio en IFTTT

Accedemos a IFTTT.COM (mejor desde PC) y creamos una cuenta de usuario (si es que no disponemos de una). Una vez creada la cuenta pinchamos en CREATE (arriba a la derecha). Si no lo encuentras accede a través de la URL: https://ifttt.com/create/

 

If this = si pasa esto (aqui tendremos que especificar la llamada que tiene que realizar CO2Panel para activar la ventilación forzada)

Then that = haz esto (aqui tendremos que configurar el arranque de los ventiladores).

Pincha en el botón que dice ADD y busca un servicio llamado WEBHOOK

.

Pincha en el cuadro azul que dice WEBHOOK y despues en el que dice RECEIVE A WEB REQUEST.

En Event Name escribimos CO2Alto y le damos a CREATE TRIGGER.

Volveremos entonces a la pantalla de creación del APPLET y ahora pincharemos sobre el botón THEN THAT para especificar la acción que queremos que se ejecute.

Buscaremos Smart Life y seleccionamos el servicio ACTIVATE SCENE.

 

Se nos pedirá que vinulemos nuestra cuenta Smart Life con IFTTT. Para eso meteremos nuestros credenciales de Smart Life (que los tuvimos que crear cuando configuramos los interruptores que manejan los ventiladores).

Si lo hemos hecho todo bien nos aparecera un desplegable con las dos escenas que hemos creado. La que activa los ventiladores y la que los desactiva. Marcaremos la escena de ACTIVAR VENTILADORES.

Click en CREATE ACTION, después en CONTINUE y por último en FINISH. Ya tenemos creado el servicio en IFTTT que va a activar los ventiladores.

 

Una vez creado el servicio repite el proceso explicado en este capítulo (PASO 2: Creación del servicio en IFTTT) para crear el servicio de desactivación. El proceso es el mismo, solo que esta vez el webHook debe llamarse co2Bajo y la escena que debemos seleccionar del Smart Life será la que desactive los ventiladores.

Una vez tengamos creados los dos servicios sera momento de pasar a configurar nuestro CO2Panel a través del panel de control.

PASO 3: Finalización configuración del CO2Panel

Primeramente accederemos al panel de control de CO2PANEL a traves de la URL co2panel.com/control

Si nunca has entrado antes en el panel de control debes saber que la MAC que identifica tu equipo aparece impresa debajo cuando conectas tu CO2Panel a una pantalla HDMI. Inicialmente el password esta vacio, por lo que no necesitarás especificar ningún password para poder acceder a tu panel de control; mete la MAC y accede al panel de control

Una vez dentro accede a la pantalla de configuración pinchando en la opción CONFIGURE DEVICE. Si no lo has hecho antes configura la WIFI (si quieres que el equipo se conecte a internet de forma inalambrica) y si lo deseas establece un NICK y un PASSWORD para el dispositivo. De ese modo no necesitarás recordar la MAC y podrás acceder al panel de control de tu equipo usando el NICK.

 

A continuación vamos a setear los parámetros necesarios para configurar las llamadas a IFTTT. En (1) escribimos 900, que será el nivel al que se activen los ventiladores. En el hueco (3) escribirmos 600, que será el nivel al que dejen de funcionar los ventiladores.

En (2) tenemos que escribir la URL de activación del WEBHOOK que definimos en IFTTT para el servicio de encendido de ventiladores. Para ello accedemos a IFTTT > Mis servicios y buscamos WEBHOOK en la pantalla donde aparecen todos los servicios que tenemos activados.

Dentro de WEBHOOKS pinchamos en DOCUMENTATION

 

Aparecerá esta pantalla, que es de la que vamos a coger la URL a la que debemos llamar para activar y desactivar los ventiladores y que es la URL que deberemos configurar en CO2Panel.

Donde dice {event} escribe co2Alto y copia toda la linea. Guarda esa linea porque es la que deberás colocar en co2Panel en el hueco que marcamos antes con el número (2) (la url de activación).

Una vez hecho eso, vuelve a la página de IFTTT en la que copiaste la URL de activación y ahora en lugar de escribir co2Alto, escribe co2Bajo y copia toda la linea. Pegala en el hueco (4) del panel de control de CO2Panel, que es el hueco donde debes especificar la URL a la que debe llamar CO2Panel cuando se deban desactivar los ventiladores.

Una vez tienes todo cumplimentado (1) (2) (3) y (4), guarda la configuración y verifica que dice "Data updated¡" y que no hay ningún mensaje de error.

Y... enhorabuena¡. Ya lo tienes configurado. Cada vez que se supere el umbral de 900 ppm de CO2 (definido en 1), CO2Panel ejecutará la URL definida en (2) y eso hará que se ejecute la escena que activa los dos ventiladores. Cuando el nivel baje a 600 ppm de CO2 (definido en 3), CO2Panel ejecutará la URL de desactivación (definida en 4) y eso apagará los ventiladores.

Somos conscientes de que al principio todo esto puede resultar un poco enredoso, pero es lo que tiene que sea un sistema tan abierto y configurable; gracias a esa versatilidad se pueden realizar un gran número de acciones de automatización. Usando esta misma estratégia es muy facil añadir una acción que por ejemplo se envie un mensaje al movil o se encienda o cambie de color una bombilla domótica; una vez que se comprende como funciona el sistema, es ya solo cuestión de echarle un poco de imaginación.

Esperamos que el tutorial haya sido de vuestro agrado. Cualquier aclaración adicional que necesiteis estaremos encantados de responderos a través de [email protected].