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CORONAVIRUS 2
LEDs ULTRAVIOLETAS Y MASCARILLAS ACTIVAS

por PICERNO




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2.1 INTRODUCCIÓN

        Conocer las características del enemigo es fundamental para ganar las guerras. La característica más importante de nuestro enemigo es que se trata de un virus y todos los virus son similares. Podemos decir que no son animales pequeños o microbios (micro=pequeño ; bios = vida o vida microscópica).

        Usando palabras simples: un virus es una sola molécula orgánica gigante cubierta de un Lípido (grasa) que mantiene la molécula armada. Rota la membrana lípida, la molécula pierde su estabilidad estructural y se desarma en todos los átomos que la forman, que en su mayor parte son átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno en forma de doble hélice que encaja perfectamente con el ADN húmano (acido dexoxirribonucleico o código genético del cual cada célula humana tiene un copia).

        Y que cosas puede dañar a esa membrana. Una es el calor. El dato mas reciente que pude encontrar es que el coronavirus de la enfermedad COVID 19) no soporta más de 30 minutos a 64 °C. Por Whatsap se difundió que cuando llegara el verano desaparecería la pandemia de los países Europeos, pero eso no sucedió. De cualquier modo el valor de 64°C, no está aun reconocido por todos los epidemiólogos del mundo.

        Otra son los rayos ultravioletas, que desarman el COVID19 en sus átomos originales quemando a la membrana grasa. Esto es cierto, pero por supuesto todo depende del tiempo de exposición de la magnitud de la radiación y de la longitud de onda de la luz ultravioleta. Ver la figura 2.1.1

 

Fig.2.1.1. Espectro de la radiación electromagnética

        Y otra (la más accesible de todas) es el agua y jabón aplicada de forma tal que se formen burbujas pequeñas. Esta es una medida fácil de tomar cuando uno está en su casa y para sacar los posibles virus que se hayan depositado sobre sus manos. La capa protectora lípida del virus tiene un espesor tan pequeño (solo algunas moléculas de espesor) que las pequeñas burbujas de jabón las rompen fácilmente.

        El alcohol diluido en agua en una proporción del 70/30% y otros desinfectantes sirven para el mismo propósito y sobre todo en forma de gel, pero con la precaución de que no sea de dudosa procedencia.

        De todas estas posibilidades, solo dos aplican para realizar un dispositivo portátil  con una autonomía de algunas horas: El calentamiento y los rayos ultravioletas. En realidad deberíamos mencionar solo el calentamiento porque los rayos ultravioletas también operan calentando la membrana lípida tal como queman nuestra piel cuando se expone al sol a pesar de que no es la peor frecuencia. 

        Al calentamiento de todo el virus lo dejamos de lado, porque el aire a mas de 64°C es absolutamente irrespirable.

        Solo nos queda el recurso de los rayos ultravioletas y con la ventaja que ya son masívamente utilizados en la desinfección de ambientes hospitalarios. Son aparatos conectados a la red de energía eléctrica, que contienen tubos fluorescentes especiales u otro tipo de lampara de UV, sin la capa protectora anti irradiación.

2.2 RAYOS ULTRAVIOLETAS

            Está comprobado que los rayos UV en dosis adecuadas, eliminan los gérmenes, bacterias y virus. Si bien no está probado exaustiva y específicamente contra el  coronavirus COVID 19 , es esperable que también actúe sobre él ya que las máquinas de desinfección hospitalaria así lo demuestran.

 

            Los rayos ultravioletas están divididos en tres bandas a saber A, B y C como se puede observar en la figura 2.2.1.

 

 


Fig.2.2.1 Espectro de rayos ultravioletas expandidos


            La radiación  UVC  está comprendida entre 100 y 280 nm, es absolutamente invisible para el ojo humano y posee efectos muy similares a la  UVB y UVA , que recibimos cuando nos exponemos al sol.

            Las longitudes de onda mas pequeñas de 100 a 200 nM no tienen utilidad por que solo se propagan en el vacío. Las longitudes de onda con mayor rendimiento son del orden de los 255 nM.

            Entonces la más eficiente de las bandas para atacar y romper la membrana lípida   es la "C",   con longitudes de onda cercanas a 255 nanómetros . Pero esto no significa que la banda "B" o la "A" sea inocua, sino que tendrán menor rendimiento. que puede compensarse con una mayor energía irradiada o con un mayor tiempo de exposición o con las dos cosas a la vez.

            Entonces por razones de índole práctica, es conveniente utilizar diodos LED ultravioletas de potencia y la disponibilidad de ellos en frecuencia de emisión de exactamente 255 nanómetros es bastante limitada, o son componentes muy costosos. Como ambos se consiguen en Argentina vamos a tratarlos por separado comenzando por el proyecto para un LED de potencia de 395 nM.

            En la figura 2.2.2 podemos observar las especificaciones de un posible candidato el  HP5UV395 que sabemos que se consigue en América Latina.

Fig.2.2.2  Aspecto del HP5UV395

            En la figura se puede observar el LED ultravioleta de color blanco, que viene colocado sobre una plaqueta especial para transferir el calor disipado sobre la cara trasera de la misma (cobreada), donde se monta a un disipador de aluminio o cobre.

            Esta configuración de LED permite disipar sobre el mismo una potencia de 5W con un disipador teórico infinito que se mantiene a una temperaura de 20 °C. Esta potencia se puede conseguir con una corriente circulante máxima de 1;4 A. En la figura 2.2.3 se puede observar la tabla de valores máximos, absolutos observando que el LED admite la dimerización (alimentación por pulsos) pudiendo trabajar con pulsos de conducción mayores a 100uS (10 KHz) y del 10% del periodo de conducción como mínimo, con una corriente máxima de pico de 2 A.

Fig.2.2.2  Valores máximos absolutos

            En cuanto los valores máximos de trabajo se pueden observar en la fig. 2.2.3 de donde podemos obtener el valor de la tensión a aplicar al diodo como comprendida entre los  3,2 y 3,3 V y que el ángulo de irradiación es de 140°.

   

Fig.2.2.3 Valores típicos

            Las curvas características se pueden observar en la figura 2.2.4.

 

 

Fig.2.2.4  Curvas del LED

2.3 TRAMPA ULTRAVIOLETA

            Para proyectar este dispositivo, primero tenemos que darle un formato mecánico adecuado. Ya sabemos cómo hacer la mascarilla para un sistema pasivo, ahora vamos a ver como modificarla para que el aire entre por una manguera que viene desde la espalda, donde está montada la trampa ultravioleta.

            ¿Que es una trampa ultravioleta? es un lugar donde el virus esté una suficiente cantidad de tiempo, iluminado por una luz de energía ultravioleta, suficiente como para matar a todos los virus presentes en el ambiente, que ingresan en la trampa. Seguramente Ud. estará pensando en un tubo metálico. No, la idea es hacer un dispositivo económico y liviano así, que está hecho con una botella de plástico de agua mineral de 2,25 litros. Nos queda por ver la duración de este componente que estará pintado por afuera con aerosol plateado en toda la superficie. En la figura 2.3.1 mostramos una botella muy adecuada cuando le sacamos la etiqueta que es de papel.

            Esta botella se comercializa en varios países del mundo con agua mineral. En el envase se observa la marca con la que se distribuye en Argentina, pero se observa claramente un "The Coca Cola Company". Yo voy a tratar de que esta empresa nos auspicie, a cambio de indicarles como realizar el dibujo de los cortes que requeriría el envase para realizar la máscara y una corta indicación de como armar la mascarilla, ofreciendo información más completa en nuestra página gratuita.

      Elegimos este envase por ser el de mayor volumen y tener sus lados prácticamente planos, lo cual facilita la construcción de la mascarilla. La posibilidad de un auspicio fue absolutamente casual y lamentablemente no tuve respuesta al correo electrónico enviado. Aun es pronto para tomar una decisión final. O tal vez el correo no llego a los ojos adecuados y este articulo si llegue.

Fig.2.3.1 Una botella adecuada con la cara plana y etiqueta de papel

            En esta botella se producirá la muerte de los virus, si conseguimos generar una energía de luz ultravioleta suficientemente alta y de la adecuada frecuencia. La botella es transparente, por lo tanto si colocamos LEDs de potencia iluminando por los costados, la luz saldrá irradiada en forma de cono luminoso cuyo ángulo está determinado por el propio LED, que este caso y según la especificación (último gráfico) de la figura 2.2.4. es de 140° (-70° a +70°). Luego que la luz llegue a la cara opuesta de la botella, se escapa al exterior con el consiguiente peligro para la vista.

            Además el rendimiento de cada LED se ve perjudicado porque estamos generando energía electromagnética que se difunde en el medio ambiente. La solución es muy simple; basta con pintar la/las botellas con un aerosol plateado para que se forme un espejo interior (se aconseja dar 4 o 5 capas de pintura porque la luz ultravioleta posee una considerable penetración) que haga rebotar los rayos ultravioletas en forma de ángulo esférico, de modo que toda la botella se llene de luz y no haya prácticamente desperdicio. La luz rebotada vuelve a rebotar y se consigue una densidad de radiación uniforme en toda la trampa. Es conveniente encintar las botellas pintadas con cinta de enmascarar para pintores de autos y dale el color definitivo que se desea sobre la cinta, para evitar que se raye la pintura plateada y pueda salir algún rayo ultravioleta.

            Esta trampa es recomendable solo para uso experimental. Una producción industrial requiere un análisis más profundo de la forma y el material de la misma.

            En la figura 2.3.2 se puede observar la botella pintada lista para recibir los LED generadores de rayos ultravioleta. 

Fig.2.3.2  Botella pintada de plateado

              Una vez pintada la botella podemos decir que la trampa de luz está terminada. pero ahora debemos introducir la luz en ella y recordar que nuestros LEDs de potencia requieren un adecuado disipador. El mejor método es realizar perforaciones que coincida con el diámetro de los LEDs y hacerlos pasar por allí.

            Realmente no tenemos idea de cuanta energía ultravioleta requerimos para matar a todos los virus, ya que no tenemos ningún colaborador que tenga acceso a un laboratorio de biología. Escribimos estos artículos con la idea de interesar a algún lector que conozca del tema y nos ayude.

            Pero mientras tanto tratamos de buscar un proyecto que pueda ser modificado para generar una cantidad regulable de luz ultravioleta y sea capaz de poder modificar el tiempo de exposición a la luz del coronavirus o de cualquier otro virus que pretenda ingresar por las vías aéreas. Es decir que creamos un sistema para controlar la energía que absorbe el virus, que siempre es igual a la intensidad de los rayos ultravioletas por el tiempo de exposición a la misma.

            En principio  propondremos un diseño donde se puedan colocar varias botellas en serie para aumentar el tiempo de tránsito de los virus. La capacidad pulmonar forzada de un hombre adulto, es de aproximadamente 5 litros. Pero en la respiración natural hay un volumen del orden de la mitad. Nosotros proponemos utilizar dos botellas de 2,25 litros que hacen una capacidad total de 4,5 litros. Esto significa que el tiempo de exposición del virus a la luz ultravioleta es de dos ciclos respiratorios, que tienen una duración media de 15 segundos. Por lo tanto el tiempo de exposición es de 30 segundos aproximadamente.

            La cantidad de diodos LED a colocar puede variarse en un amplio rango, pero hay que recordar que pretendemos construir un sistema autónomo y cada LED requiere 1 A  de corriente(su capacidad máxima es de 1,4 A). Por eso nos parece que una cantidad lógica es de 8 LEDs. Más adelante volveremos sobre el tema al diseñar el circuito electrónico.

           En la figura 2.3.3.  se puede observar el sistema propuesto.                              

 

Fig.2.3.3 Sistema de dos trampas y 8 LEDs

           En este sistema, el aire contaminado ingresa por el centro del piso de la trampa de la derecha. Aunque también podría hacerlo por tres agujeros del borde inferior que den a la espalda del usuario.

       Para ubicar la entrada, hay que considerar que el coronavirus por ser una molécula de pequeño tamaño, no puede circular sola, sino que se transporta por las gotas de saliva que emite el interlocutor del usuario. Por esa razón la ubicación de la entrada no debe estar situada sobre el frente de la trampa derecha. Mas adelante analizaremos las ventajas de colocar un filtro de tela sobre la entrada de aire contaminado.

        En la primer aspiración el aire contaminado llena la trampa derecha y la luz ultravioleta comienza su tarea de destrucción. En 15 segundos la trampa está llena y eventualmente con casi todos los virus destruidos. En el siguiente ciclo de respiración el aire semicontaminado ingresa a la trampa de la izquierda y los virus sobrevivientes son destruidos en los siguientes 15 segundos.

Como se puede observar en la figura, los LEDs están montados en dos plaquetas verticales que se unen entre sí por un disipador de aluminio en "U".

2.4 CONCLUSIONES

        En este artículo completamos la descripción del dispositivo completo y solo nos queda la discusión de los detalles electrónicos y de la fabricación industrial del mismo que veremos en los siguientes artículos.

Se muy bien que muchos lectores estarán pensando que no hay muchas personas que puedan salir a la calle con semejante dispositivo en su espalda y cara. Pero lo que yo propongo es solo algo para demostrar, que se puede fabricar una máscara activa a un precio razonable. Todo para que algún laboratorio con verdaderos recursos humanos, económicos y científicos puedan diseñar algo mucho más práctico pequeño y económico. En una palabra yo arrojo la idea como para que alguien la recoja y la aplique de la forma que redacto en el cuento "La parábola de Dios" disponible en el link      http://www.picerno.com.ar/leer.php?cn=200    .Por favor difunda este link con el cuento entre sus amistades y súbalo a cuantas paginas tenga acceso, porque realmente no entiendo como ningún fabricante de los grandes, no sacó algo similar que puede ayudar a salvar muchas vidas.




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El Ing. Alberto Picerno, conocido en toda latinoamerica por sus cursos de Tv y LCD, es el autor mas prolífico sobre Electrónica, con mas de 40 libros tecnicos y cientos de articulos publicados. 

Se inicio en el mundo de la electronica de niño ayudando a su padre que era hobbysta y aficionado a la radio.

Su experiencia temprana le permitio recibirse con medalla de oro al mejor promedio de "Tecnico Nacional el Telecomunicaciones" y posteriormente volvio a obtener la medalla de oro al mejor promedio como "Ingeniero en electronica en UTN"

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