Анализ кислорода с помощью автономного робота МАОУ СОШ №129 г Перми

Введение

Воздух – это высокоподвижная среда, способная за счет внешних и внутренних факторов переносить загрязняющие вещества на огромные расстояния и способствовать их проникновению даже в самые, казалось бы, защищенные уголки, загрязняя тем самым помещения и территории. С течением времени мы научились это воспринимать и понимать тот факт, что единственным способом контроля загрязнения воздушной седы, является ее исследование.

 

Химический анализ воздуха, учитывая его, так называемую, универсальность и незаменимость, может применяться, фактически, ко всем потенциальным зонам загрязнения. К таковым относится атмосферный воздух, воздух рабочей зоны, закрытых помещений (квартира, офис, дом), промышленные выбросы предприятий и организаций.  

 

В зависимости от исследуемой зоны потенциального загрязнения и целей, поставленных перед процессом (определение степени загрязнения атмосферы различными источниками негативного воздействия, мероприятия по аттестации рабочих мест, исследование качества воздуха рабочей зоны персонала в рамках выполнения программы производственного контроля, контроль воздушной среды закрытых помещений), определяется индивидуальный перечень исследуемых параметров, способный предоставить наиболее объективную информацию по сложившейся ситуации.

 

Как правило, химический анализ воздуха в квартире, офисе, доме проводится в рамках контроля атмосферы закрытого помещения на наличие опасных внутренних загрязнителей, способных выделяться из строительных и отделочных материалов, предметов интерьера и мебели, используемых в процессе недавнего ремонта, обновления интерьера или же находящиеся в помещении в течение некоторого времени и вызывающие у прибывающих определенные опасения.

 

В ряде случаев, химический анализ воздуха в квартире, офисе, доме проводится для определения возможного нахождения загрязнителей наружного происхождения, попадающих в помещение в процессе проветривания, работы системы вентиляции и кондиционирования. Целесообразность проведения данных исследований обосновывается близлежащим нахождением производственно-промышленных предприятий, крупных и относительно крупных автотранспортных узлов и магистралей.

 

Химический анализ воздуха атмосферы и выбросов промышленных предприятий проводится с целью контроля степени его загрязнения антропогенными источниками негативного влияния в рамках соблюдения законодательства РФ в области охраны атмосферы и контроля природапользовательской деятельности экономика образующих комплексов страны.

 

Химический анализ воздуха рабочей зоны проводится с целью определения максимальных разовых концентраций и средних сменных концентраций загрязняющих веществ, выделяющихся в процессе производственного цикла и воздействующих на трудящихся. Обязательность выполнения данных исследований закреплена законодательно.

 

 

Цель работы: Изучение концентрации кислорода в воздухе с помощью автономного робота.

 

Задачи:

1. Изучить воздействие кислорода на человека

2. Собрать конструкцию робота способного сжимать “аспиратор” и озвучивать концентрацию кислорода.

3. Запрограммировать робота

 

Мтериалы:

1. конструктор Mindstorms EV3

2. резиновый аспиратор

3. индикаторные трубки

 

Основные термины и определения

 

(Согласно ГОСТ12.1.005-76 ССБТ«Воздух рабочей зоны» и ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ«Вредные вещества»)

1.  Вредное  вещество –  вещество,  которое  при  контакте  с организмом  человека  в  случае  нарушений  требований  безопасности  может вызывать  производственные  травмы,  профессиональные  заболевания  или отклонения в  состоянии  здоровья, обнаруживаемые  современными  методами как  в  процессе  работы,  так  и  в  отдаленные  сроки  жизни  настоящего  и следующего поколений.

2. Предельно  допустимые концентрации(ПДК)  вредных  веществ  в воздухе  рабочей  зоны –  концентрации,  которые  при  ежедневной  работе  в течение8  часов  или  при  другой  продолжительности,  но  не  более 41  часа  в неделю,  в  течение  всего  рабочего  стажа  не  могут  вызывать  заболеваний  или отклонения в состоянии  здоровья, обнаруживаемых современными  методами исследований  в  процессе  работы  или  в  отдаленные  сроки  жизни  настоящего и следующего поколений.

3.  Рабочая  зона–  пространство  высотой  до 2  метров  над  уровнем пола  или  площадки,  на  которых  находятся  места  постоянного  или временного пребывания работающих.

4.  Рабочее  место–  место  постоянного  или  временного  пребывания работающих в процессе трудовой деятельности.

5.  Зона  дыхания –  пространство  в  радиусе  до 50  см  от  лица работающего.

 

Краткая теоретическая часть

Чистый  сухой  атмосферный  воздух  состоит  из 20,96%  кислорода, 78,06%  азота, 0,03 – 0,04%  углекислого  газа  и  остальное– инертные  газы.  В производственных  помещениях  он  не  может  изменить  свой  состав  и содержать  повышенное  количество  углекислого  газа (СО2),  окси  углерода (СО)  и  других  химических  соединений  таких,  как  растворители,  горючие вещества,  ядохимикаты,  красители  и  др.,  которые  широко  используются  в машиностроении, ракетостроении, испытаниях ракетных двигателей.

Многие  из  этих  веществ  не  безразличны  для  организма,  попадая  в воздух  производственных  помещений  они  могут  неблагоприятно воздействовать  на  здоровье  или  нормальную  жизнедеятельность  человека.

Такие  химические  вещества  относятся  к  вредным.  В  зависимости  от  характера  или  действия  они  делятся  на  раздражающие,  токсические (или яды),  сенсибилирующие (или  аллергены),  канцерогенные,  мутагенные  и вещества,  влияющие  на  репродуктивную  функцию.  Отравления  и  заболевания,  возникшие  от  воздействия  вредных  веществ  в  процессе выполнения  работы  на  производстве,  называются  профессиональными отравлениями  или  заболеваниями.  Так,  при  вдыхании  окиси  углерода, происходит  химическое  соединение  ее  с  гемоглобином  крови,  вследствие

чего  кровь  теряет  способность  поглощать  кислород  и  снабжать  им  ткани организма.  При  содержании  углекислого  газа  в  воздухе  свыше 2%  наблюдается  головная  боль,  шум  в  ушах,  головокружение;  при 5…7%  и выше может наступить удушье и  смерть.

Существует  большое  количество  различных  способов  оздоровления условий  труда  при  работе  с  вредными  веществами.  Критерием эффективности  этих  мероприятий  является  снижение  концентрации  вредных веществ  в  воздухе  рабочей  зоны  до  их  предельно  допустимых  величин  и ниже.

Для  каждого  вещества  величины  ПДК  различны  и  зависят  от  их токсических  и  физико –  химических  свойств.

Одной  из  важнейших  задач  профилактики  профессиональных отравлений и заболеваний является контроль за состоянием воздушной среды производственных  помещений.  Целью  исследования  является некачественное  обнаружение  и  количественное  определение  загрязняющих воздух вредных веществ и сравнение полученных результатов с ПДК.

Более подробно рассмотрим определение содержания кислорода (O2) в воздухе рабочей зоны.

 

Воздействие кислорода на человека

 

Кислород  - химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы  халькогенов.  Простое вещество кислород при нормальных условиях - газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O2), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета.

Кислород - самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений), приходится около 47,4 % массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода - 88,8 % (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % (по объёму) в воздухе массовая доля кислорода составляет 23,12 % . Элемент кислород входит в состав более 1500 соединений земной коры. Кислород (О2) входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25%, по массовой доле - около 65%.

Кислород применяется в металлургических производствах во время производства стали, в баллонах для сварки металлов, в ракетном топливе как окислитель. Однако в особых случаях кислород взрывоопасен.

 

Зависимость качества воздуха от процентного содержания в нем кислорода.

 

Уровень комфортного содержания кислорода в воздухе

Зона 3-4: ограничена законодательно утвержденным стандартом минимального содержания кислорода в воздухе для помещений (20,5%) и "эталоном" свежего воздуха (21%). Для городского воздуха нормальным считается содержание кислорода 20,8%.

 

Благоприятный уровень содержания кислорода в воздухе

Зона 1-2: такой уровень содержания кислорода характерен для экологически чистых районов, лесных массивов. Содержание кислорода в воздухе на берегу океана может достигать 21,9%

 

Недостаточный уровень содержания кислорода в воздухе

Зано 5-6: ограничена минимально допустимым уровнем содержания кислорода, когда человек может находиться без дыхательного аппарата (18%).

 

Пребывание человека в помещениях с таким воздухом сопровождается быстрой утомляемостью, сонливостью, снижением умственной активности, головными болями.

Длительное пребывание в помещениях с такой атмосферой опасно для здоровья.

 

Опасно низкий уровень содержания кислорода в воздухе

Зона 7 и далее: при содержании кислорода 16% наблюдается головокружение, учащенное дыхание, 13% - потеря сознания, 12% - необратимые изменения функционирования организма, 7% - смерть.

 

Внешние признаки кислородного голодания (гипоксии)

- ухудшение цвета кожи

- быстрая утомляемость, снижение умственной, физической и сексуальной активности

- депрессия, раздражительность, нарушение сна

- головные боли

Длительное пребывание в помещении с недостаточным уровнем содержания кислорода может привести к более серьезным проблемам со здоровьем, т.к. кислород отвечает за все обменные процессы организма, то следствием его недостатка становятся:

- нарушение обмена веществ

- снижение иммунитета

 

Способы определения содержания кислорода в воздухе рабочей зоны

 

На сегодняшний день существует очень много газоанализаторов кислорода, которые применяют на производственных участках, где есть вероятность аварийной ситуации в связи с выбросом кислорода в атмосферу. Чтобы предотвратить возможность взрыва в случае утечки кислорода, его содержание в атмосфере непрерывно контролируют сигнализаторы кислорода.

 

Они бывают как переносные, так и стационарные (например А-1М, А-4М, А-8М система контроля концентрации газов  для непрерывного контроля атмосферы рабочей зоны с измерением и индикацией численных значений концентраций горючих и токсичных газов по каждому каналу измерения- кислород, метан, пропан, углеводороды, диоксид серы, сероводород,диоксид азота,  хлор, водород, хлороводород, аммиак,  этанол.; АГМ-505

переносной газоанализатор оптимизации режимов горения

для измерения содержания кислорода, оксида углерода, оксида азота в отходящих газах топливосжигающих установок, измерения температуры в точке отбора пробы и температуры окружающей среды, избыточного давления или разрежения, определения расчетным методом содержания диоксида углерода и суммы оксидов азота, определения расчетным методом технологических параметров топливосжигающих установок - коэффициента избытка воздуха и коэффициента потерь тепла.)

Но как и любой прибор он бывает выходит из строя или приходит срок поверки. А проводи  замер воздуха на содержание кислорода требуется для безопасной работы сотрудников.

 

Сборка конструкции робота:

   На стандартную тележку от Mindstorms EV3(рис 1).

 

Мы добавили механизм “сжимающей руки” (рис 2).

рисунок 2

 

Датчики цвета (рис 3) определяют количество кислорода в процентах.

рисунок 2

 

Программа для нашего робота (рис 3)

 

рисунок 3

 

 Мы собрали робота который действует  по  принципу   насоса  ручного действия,  работающего  на  всасывание  воздуха(рис 4).

 

 

рисунок 4

 

Исследуемый  воздух проходит  через  индикаторную  трубку.  Концентрация  газа  определяется  по границе  изменившей  окраску  индикаторной  массы  от  взаимодействия  ее  с определяемым газом.

Индикаторные  трубки  представляют  собой  стеклянные  трубки  длиной 90…91мм  и  внутренним  диаметром 2.5…2.6мм,  заполненные

соответствующим  индикаторным  порошком,  который  удерживается  в  трубке с помощью двух пыжей.

Индикаторные трубки являются удобным инструментарием для экспресс-контроля вредных химических веществ в газовых средах (воздухе, промышленных выбросах). Несмотря на то, что индикаторные трубки начали активно применяться еще в середине прошлого века, их использование в настоящее время приобретает все большую актуальность благодаря простоте, дешевизне, способности к количественному измерению, возможности осуществлять многокомпонентный анализ ограниченными средствами непосредственно на месте.

 

Индикаторные трубки могут успешно использоваться для предварительной оценки качества воздуха и других газовых сред, связанной с защитой здоровья населения, охраной окружающей среды и др. В неисследованных производственных условиях перед проведением измерений трубками индикаторными обычно проводят разовую оценку состава воздуха рабочей зоны с использованием аттестованных методик или методических указаний, утвержденных Министерством здравоохранения России, а для промышленных выбросов - по методикам, согласованным с Государственным комитетом по гидрометеорологии и контролю природной среды.

На основании полученных данных устанавливают возможность применения индикаторных трубок для планового или оперативного контроля.

Вывод

Мы построили робота который может по направлению оператора заехать в загазованное помещение и измерив количество кислорода сообщить оператору результаты измерения.

Вложение	Размер
-analiz_kisloroda_s_pomoshchyu_avtonomnogo_robota_maou_sosh_no129_g_permi.doc.docx	1.08 МБ