Pengering Rambut DIY N95 Breather Sterilizer: 13 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Menurut SONG dkk. (2020)[1], panas 70°C yang dihasilkan oleh pengering rambut selama 30 menit sudah cukup untuk menonaktifkan virus di dalam breather N95. Jadi, ini adalah cara yang layak bagi orang-orang biasa untuk menggunakan kembali breather N95 mereka selama aktivitas sehari-hari, dengan memperhatikan batasan-batasan tertentu seperti: breather tidak boleh terkontaminasi darah, breather tidak boleh rusak, dll.

Penulis menyatakan bahwa pengering rambut harus dihidupkan dan dibiarkan memanas selama 3, 4 menit. Kemudian, breather N95 yang terkontaminasi harus dimasukkan ke dalam kantong ziplock dan dipanaskan selama 30 menit yang dihasilkan oleh pengering rambut. Setelah waktu ini, virus akan secara efektif dinonaktifkan pada masker, menurut penelitian mereka.

Semua tindakan yang disebutkan di atas tidak otomatis dan ada batasan yang dapat memperburuk proses sterilisasi seperti suhu pemanasan yang terlalu rendah (atau terlalu tinggi). Maka proyek ini bertujuan untuk menggunakan pengering rambut, mikrokontroler (atmega328, tersedia di Arduino UNO), pelindung relai dan sensor suhu (lm35) untuk membangun Alat Sterilisasi Masker otomatis berdasarkan SONG et al. temuan.

Perlengkapan

1x Arduino UNO;

1x LM35 Sensor Suhu;

1x Relay Perisai;

1x 1700W Pengering Rambut Kecepatan Ganda (Taiff Black 1700W untuk referensi)

1x papan tempat memotong roti;

2x kabel jumper male-to-male (masing-masing 15 cm);

6x kabel jumper pria-ke-wanita (masing-masing 15 cm);

2x 0.5m 15A kawat listrik;

1x konektor listrik perempuan (sesuai dengan standar negara Anda - Brasil adalah NBR 14136 2P+T);

1x konektor listrik pria (sesuai dengan standar negara Anda - Brasil adalah NBR 14136 2P+T);

1x Kabel USB tipe A (untuk memprogram Arduino);

1x Komputer (Desktop, Notebook, Apa Saja);

1x Catok;

1x tutup panci;

2x Karet Gelang;

1x Buku Catatan Spiral Hardcover;

1x tas Ziploc® Quart Ukuran (17,7cm x 18,8cm);

1x pita perekat gulungan

Catu Daya USB 1x 5V

Langkah 1: Pemodelan Sterilisasi Nafas N95 Otomatis

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, proyek ini bertujuan untuk membangun alat sterilisasi otomatis berdasarkan SONG et. al (2020) temuan. Langkah-langkah berikut diperlukan untuk mencapainya:

1. Panaskan pengering rambut selama 3 ~ 4 menit untuk mencapai suhu 70 °C;

2. Biarkan pengering rambut selama 30 menit sambil mengarahkannya ke breather N95 di dalam kantong Ziploc® untuk menonaktifkan virus pada breather

Jadi, pertanyaan pemodelan dirumuskan untuk membangun solusi:

A. Apakah semua pengering rambut menghasilkan suhu 70°C setelah dipanaskan selama 3 ~ 4 menit?

B. Apakah/Apakah pengering rambut menjaga suhu konstan 70°C setelah 3 ~ 4 menit pemanasan?

C. Apakah suhu di dalam kantong Ziploc® sama dengan suhu di luarnya setelah 3 ~ 4 menit pemanasan?

D. Apakah suhu di dalam kantong Ziploc® meningkat dengan kecepatan yang sama dengan suhu di luarnya?

Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:

I. Catat kurva pemanasan dari dua pengering rambut yang berbeda selama 3 ~ 4 menit untuk melihat apakah keduanya dapat mencapai 70 °C

II. Catat kurva pemanasan pengering rambut (sensor LM35 harus berada di luar kantong Ziploc® pada langkah ini) selama 2 menit setelah 3 ~ 4 menit pemanasan awal

AKU AKU AKU. Catat suhu di dalam kantong Ziploc® selama 2 menit setelah 3 ~ 4 menit pemanasan awal dan bandingkan dengan data yang terdaftar pada langkah II.

IV. Bandingkan kurva pemanasan yang terdaftar pada langkah II dan III (suhu di dalam dan di luar yang terkait dengan kantong Ziploc®)

Langkah I, II, III dilakukan dengan menggunakan sensor suhu LM35 dan algoritma Arduino yang dikembangkan untuk menginformasikan secara berkala (1Hz - melalui komunikasi USB Serial) suhu yang didaftarkan oleh sensor LM35 dalam fungsi waktu.

Algoritma yang dikembangkan untuk merekam suhu dan suhu yang direkam tersedia di sini [2]

Langkah IV diwujudkan melalui data yang direkam pada langkah II dan III serta melalui dua skrip Python yang menghasilkan fungsi pemanasan untuk menggambarkan pemanasan di dalam dan di luar kantong Ziploc® serta plot dari data yang direkam pada kedua langkah. Skrip Python ini (dan pustaka yang diperlukan untuk menjalankannya) tersedia di sini [3].

Jadi, setelah melakukan langkah I, II, III, dan IV dimungkinkan untuk menjawab pertanyaan a, b, c, dan d.

Untuk pertanyaan a. jawabannya adalah Tidak seperti yang mungkin terlihat, membandingkan data yang terdaftar dari 2 pengering rambut yang berbeda di [2] bahwa satu pengering rambut mampu mencapai 70 °C sementara yang lain hanya dapat mencapai 44 °C

Untuk menjawab pertanyaan b, pengering rambut yang tidak dapat mencapai 70°C diabaikan. Memeriksa data dari yang mampu mencapai 70°C (tersedia di file step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]) jawaban untuk b juga tidak karena tidak dapat mempertahankan suhu 70°C konstan setelah waktu pemanasan awal 4 menit.

Kemudian, perlu diketahui apakah suhu di dalam dan di luar Ziploc sama (pertanyaan c) dan apakah mereka meningkat dengan laju yang sama (pertanyaan d). Data tersedia di file step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] dan step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] yang dikirimkan ke algoritma curve fitting dan plotting di [3] memberikan jawaban untuk kedua pertanyaan, yang keduanya tidak karena suhu di dalam kantong Ziploc® mencapai maksimum 70 ~ 71°C sementara suhu di luar mencapai maksimum 77 ~ 78°C dan suhu di dalam kantong Ziploc® meningkat perlahan dibandingkan suhu luarnya.

Gambar 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro menunjukkan plot suhu luar / dalam kantong Ziploc® dalam fungsi waktu (kurva oranye sesuai dengan suhu di dalam, kurva biru ke luar). Seperti yang mungkin untuk dilihat, suhu di dalam dan di luar berbeda dan juga meningkat pada tingkat yang berbeda - perlahan di dalam kantong Ziploc daripada di luar. Gambar tersebut juga menginformasikan bahwa fungsi suhu dalam bentuk:

Suhu(t) = Suhu Lingkungan + (Suhu Akhir - Suhu Lingkungan) x (1 - e^(laju kenaikan suhu x t))

Untuk suhu di luar kantong Ziploc®, fungsi suhu dalam hal waktu adalah:

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

Dan untuk suhu di dalam kantong Ziploc®, fungsi suhu dalam hal waktu adalah:

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

Jadi dengan semua data ini (dan hasil empiris lainnya) yang ada, berikut ini dapat dinyatakan tentang proses pemodelan DIY N95 Sterilizer ini:

-Pengering rambut yang berbeda dapat menghasilkan suhu yang berbeda - Beberapa tidak akan dapat mencapai 70 °C sementara yang lain akan jauh melampaui referensi ini. Untuk yang tidak dapat mencapai 70 °C, mereka harus dimatikan setelah waktu pemanasan awal (untuk menghindari pemborosan energi yang tidak berguna) dan beberapa pesan kesalahan harus diminta ke operator sterilisasi untuk menginformasikan masalah ini. Tetapi bagi mereka yang melampaui referensi derajat 70 ° C, perlu mematikan pengering rambut saat suhu di atas suhu tertentu (70 + margin superior) ° C (untuk menghindari kerusakan pada kapasitas perlindungan pernapasan N95) dan mengubahnya nyalakan kembali setelah N95 didinginkan hingga suhu di bawah (70 - margin inferior) °C, untuk melanjutkan proses sterilisasi;

-Sensor suhu LM35 tidak boleh berada di dalam kantong Ziploc®, karena kantong harus disegel untuk menghindari kontaminasi ruangan dengan strain virus, sehingga suhu LM35 harus ditempatkan di luar kantong;

-Karena suhu di dalam lebih rendah daripada suhu di luar dan menuntut lebih banyak waktu untuk meningkat, penting untuk memahami bagaimana proses pendinginan (penurunan) terjadi, karena, jika suhu internal membutuhkan waktu lebih lama untuk turun daripada suhu eksternal, maka ada hubungan sebab akibat antara proses peningkatan/penurunan suhu di dalam/luar kantong Ziploc® sehingga memungkinkan untuk menggunakan suhu luar sebagai acuan untuk mengatur seluruh proses pemanasan/pendinginan. Tetapi jika tidak maka, pendekatan lain akan diperlukan. Ini mengarah ke pertanyaan pemodelan ke-5:

e. Apakah suhu di dalam kantong Ziploc® menurun lebih lambat daripada di luar?

Langkah ke-5 diambil untuk menjawab pertanyaan ini dan suhu yang diperoleh selama proses pendinginan (di dalam/di luar kantong Ziploc®) didaftarkan (tersedia di sini [4]). Dari suhu ini, ditemukan fungsi pendinginan (dan tingkat pendinginannya masing-masing) untuk pendinginan di luar dan di dalam kantong Ziploc®.

Kantong fungsi pendingin Ziploc® luar adalah: 42,17 * e^(-0,0089t) + 33,88

Pasangan bagian dalam adalah: 37,31 * e^(-0,0088t) + 30,36

Dengan mengingat hal ini, mungkin untuk melihat bahwa kedua fungsi menurun dengan cara yang sama (-0,0088 -0,0089) seperti yang ditunjukkan Gambar 2 - Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro: (biru/oranye berada di luar/di dalam kantong Ziploc® masing-masing)

Karena suhu di dalam kantong Ziploc® menurun dengan kecepatan yang sama dengan suhu di luarnya, suhu luar tidak dapat digunakan sebagai acuan untuk menjaga pengering rambut tetap menyala saat diperlukan pemanasan karena suhu luar meningkat lebih cepat daripada suhu di dalam dan saat suhu luar mencapai (70 + margin superior) °C suhu di dalam akan lebih rendah dari suhu yang diperlukan untuk mensterilkan alat pernafasan. Dan seiring waktu, suhu di dalam akan mengalami penurunan nilai medium yang diencerkan. Jadi, perlu menggunakan fungsi suhu dalam dalam hal waktu untuk menentukan waktu yang diperlukan untuk meningkatkan suhu dari (70 - margin inferior) °C menjadi setidaknya 70 °C.

Dari margin rendah 3°C (dan akibatnya, suhu awal 67°C) untuk mencapai 70°C, diperlukan untuk menunggu setidaknya 120 detik, sesuai dengan fungsi suhu di dalam tas Ziploc® dalam hal waktu.

Dengan semua jawaban atas pertanyaan pemodelan di atas, solusi minimal yang layak dapat dibangun. Tentu saja, harus ada fitur dan peningkatan yang tidak dapat didekati di sini - selalu ada sesuatu untuk ditemukan atau ditingkatkan - tetapi semua elemen yang diperoleh mampu membangun solusi yang diperlukan.

Ini mengarah pada penjabaran algoritma yang akan ditulis di Arduino, untuk mencapai model yang ditetapkan.

Langkah 2: Algoritma Operasi Sterilisasi Nafas N95 Otomatis

Berdasarkan persyaratan dan pertanyaan pemodelan yang diperoleh pada langkah 2, algoritma yang dijelaskan pada gambar di atas dikembangkan dan tersedia untuk diunduh di github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

Langkah 3: Mengunggah Kode ke Arduino

1. Unduh Perpustakaan Timer Arduino - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Unduh kode sumber pensteril pengering rambut N95 -
3. Buka Arduino IDE
4. Tambahkan Perpustakaan Timer Arduino: Sketsa -> Sertakan Perpustakaan -> Tambahkan Perpustakaan. ZIP dan pilih file Timer-master.zip, dari folder tempat itu diunduh
5. Ekstrak file n95hairdryersterilizer-master.zip
6. Buka file n95hairdryersterilizer.ino dengan Arduino IDE
7. Terima permintaan untuk membuat folder sketsa dan pindahkan n95hairdryersterilizer.ino ke sana
8. Masukkan Kabel USB Tipe A ke Arduino UNO
9. Masukkan Kabel USB Tipe A ke PC
10. Di Arduino IDE, dengan sketsa yang sudah terbuka, klik Sketsa -> Unggah (Ctrl + U) untuk mengunggah kode ke Arduino
11. Arduino siap dijalankan!

Langkah 4: Wiring Relay Shield ke Konektor Listrik

Bangunan Kabel Listrik Perisai Relay:

1. Kawat groundpin dari konektor male listrik ke pin ground konektor female listrik dengan kabel listrik 15A;

2. Hubungkan pin dari konektor male elektrik langsung ke konektor C borne dari pelindung relai dengan kabel listrik 15A;

3. Pasang pin lain dari konektor male listrik ke pin kiri konektor female listrik dengan kabel listrik 15A;

4. Hubungkan pin kanan dari konektor perempuan listrik langsung ke konektor NO ditanggung pelindung relai dengan kabel listrik 15A;

Memasukkan pengering rambut ke dalam Relay Shield Power Cord:

5. Pasang konektor laki-laki listrik pengering rambut ke konektor perempuan listrik Relay Shield Power Cord

Langkah 5: Wiring Relay Shield ke Arduino

1. Hubungkan GND dari Arduino ke jalur negatif Breadboard dengan kabel jumper male-to-male;

2. Hubungkan pin 5V dari Arduino ke jalur positif Breadboard dengan kabel jumper male-to-male;

3. Hubungkan pin digital #2 dari Arduino ke pin sinyal Relay Shield dengan kabel jumper male-to-female;

4. Hubungkan pin 5V dari Relay Shield ke jalur positif Breadboard dengan kabel jumper male-to-female;

5. Hubungkan pin GND dari Relay Shield ke jalur negatif Breadboard dengan kabel jumper male-to-female;

Langkah 6: Menghubungkan Sensor Suhu LM35 ke Arduino

Mengambil sisi datar dari sensor LM35 sebagai referensi frontal:

1. Hubungkan pin 5V (pin ke-1 dari kiri ke kanan) dari LM35 ke jalur positif Breadboard dengan kabel jumper female-to-male;

2. Kawat pin sinyal (pin ke-2 dari kiri ke kanan) dari LM35 ke pin A0 Arduino dengan kabel jumper female-to-male;

3. Hubungkan pin GND (pin ke-1 dari kiri ke kanan) dari LM35 ke jalur negatif Breadboard dengan kabel jumper female-to-male;

Langkah 7: Memasang Pengering Rambut ke Catok

1. Perbaiki catok di atas meja

2. Tempatkan pengering rambut di catok

3. Sesuaikan catok agar pengering rambut tetap terpasang dengan baik

Langkah 8: Mempersiapkan Dukungan Tas Ziploc®

1. Pilih notebook spiral hardcover dan letakkan dua karet gelang di dalamnya seperti yang ditunjukkan pada gambar pertama;

2. Pilih tutup panci (seperti yang ditunjukkan pada gambar kedua) atau apa pun yang dapat digunakan sebagai penyangga untuk membiarkan notebook spiral hardcover dalam posisi lurus;

3. Tempatkan buku catatan spiral bersampul keras dengan dua karet gelang di bagian atas tutup panci (seperti yang ditunjukkan pada gambar ketiga)

Langkah 9: Menempatkan Breather Di Dalam Tas Ziploc®

1. Masukkan dengan hati-hati N95 Breather ke dalam Ziploc® Bag dan tutup rapat, untuk menghindari kemungkinan kontaminasi ruangan (Gambar 1);

2. Tempatkan Tas Ziploc® pada penyangganya (dibuat pada langkah sebelumnya), tarik kedua karet gelang yang ditempatkan di atas notebook spiral hardcover (Gambar 2);

Langkah 10: Memasang Sensor Suhu ke Tas Ziploc® Di Luar

1. Pasang sensor LM35 di luar Tas Ziploc® dengan pita perekat kecil, seperti yang ditunjukkan di atas;

Langkah 11: Menempatkan Breather N95 dan Penopangnya di Posisi yang Benar

1. N95 Breather harus berjarak 12,5 cm dari pengering rambut. Jika ditempatkan dalam jarak yang lebih jauh, suhu tidak akan meningkat di atas 70 ° C dan sterilisasi tidak akan terjadi sebagaimana mestinya. Jika ditempatkan dalam jarak yang lebih dekat, suhu akan meningkat jauh di atas 70 °C, menyebabkan kerusakan pada alat pernapasan. Jadi 12,5 cm adalah jarak optimal untuk pengering rambut 1700W.

Jika pengering rambut memiliki potensi lebih atau kurang, jarak harus disesuaikan dengan benar untuk menjaga suhu sedekat mungkin dengan 70°C. Perangkat lunak di Arduino mencetak suhu setiap 1 detik, untuk membuat proses penyesuaian ini layak untuk pengering rambut yang berbeda;

Langkah 12: Mengerjakan Segalanya

Dengan semua koneksi dari langkah sebelumnya telah dilakukan, colokkan konektor laki-laki kabel listrik Relay Shield ke stopkontak dan masukkan Kabel USB Tipe A ke Arduino dan ke catu daya USB (atau port USB Komputer). Kemudian, sterilizer akan mulai bekerja seperti video di atas

Langkah 13: Referensi

1. Song Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2等. Evaluasi inaktivasi panas kontaminasi virus pada masker medis[J]. JURNAL MIKROBA DAN INFEKSI, 2020, 15(1): 31-35. (tersedia di https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, diakses pada 08 April 2020)

2. Santos, Diego Ascanio. Algoritma Penangkapan Suhu dan Dataset Suhu Seiring Waktu, 2020. (Tersedia di https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, diakses pada 09 April 2020)

3. Santos, Diego Ascanio. Algoritma Fitting/Plotting dan Persyaratannya, 2020. (Tersedia di https://Gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, diakses pada 09 April 2020)

4. Santos, Diego Ascanio. Kumpulan Data Pendinginan Suhu, 2020. (Tersedia di https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, diakses pada 09 April 2020)