Un semáforo para medir la calidad del aire y el ruido en las aulas
La trayectoria académica de Federico Coca se ha desarrollado íntegramente en el IES Virgen de las Nieves de Granada, principalmente impartiendo clases en la antigua FP2 y en los actuales Ciclos Formativos de Grado Superior de Desarrollo de Productos Electrónicos y de Mantenimiento Electrónico. De forma paralela, preside el Club Robótica Granada, desde donde ha puesto en marcha este interesante proyecto: un semáforo para el aula que avisa de los niveles de ruido y de CO2. Su actividad docente ha estado vinculada a circuitos impresos, programación, Arduino, Raspberry Pi y, en cualquier caso, siempre tratando de que la materia impartida estuviese actualizada en contenidos y que estos pudiesen ser de utilidad para un futuro. Desde luego, en la situación que vivimos en la actualidad, marcada por la pandemia de Covid, nadie duda de la utilidad que supone disponer de un instrumento que permita medir la calidad del aire que se respira para evitar contagios.
Cuenta Federico que el proyecto de este semáforo es anterior a la irrupción de la pandemia: La idea de hacer un semáforo acústico ya me rondaba la cabeza desde hace tiempo, en especial con el fin de ponerlo en aulas de infantil para regular el nivel de sonido de una forma que a los peques les resultase divertida, pero en estos términos nunca llegué a realizarlo. En cambio ahora con la pandemia y a partir de un sensor de CO2 (en realidad eCO2) que me dieron a conocer desde Innova Didactic, una empresa ubicada en Olot (Girona), y dada la necesidad de detectar los niveles de concentración, para ventilar adecuadamente los espacios ocupados por personas, en especial aulas educativas, es cuando me puse manos a la obra con su desarrollo. También, con el fin de no abandonar la idea primaria, se me ocurrió que podía detectar también los niveles de ruido ambiente para así crear avisos al respecto. La misión del semáforo es detectar los niveles de eCO2 y VOCs (compuestos volátiles orgánicos) y nivel sonoro en el ambiente y avisar cuando estos superan unos límites prefijados en el programa que lo hace funcionar y que se han calibrado en aulas reales con alumnos.
Componentes y funcionamiento
El semáforo lo componen los siguientes elementos y sensores:
• Placa base: donde se conectan los distintos elementos y se aloja el programa que hace funcionar al sistema.
• Sensor de eCO2 y VOC: detecta los niveles de CO2 equivalente (El CO2 equivalente es una medida en toneladas de la huella de carbono, que a su vez es el nombre dado a la totalidad de la emisión de Gases de Efecto Invernadero) y de VOCs (compuestos volátiles orgánicos).
• Sensor de temperatura y humedad relativa: Necesario para calibrar el sensor.
• Barómetro: para calcular presión atmosférica y altitud sobre el nivel del mar en función de donde esté situado el semáforo.
• Pantalla: para mostrar mensajes con valores de mediciones y avisos.
• Diodos LED para iluminar el color que corresponda en cada caso.
• Alimentador tipo cargador de móvil para conectar y hacer funcionar al sistema.
• Sonido: se compone de un micrófono como sensor de sonido ambiente, de un amplificador de 2W para emitir sonidos diferentes según la situación detectada y un conmutador que permite activar y desactivar el sonido.
La idea es crear, mediante estos elementos e impresión 3D de diferentes piezas, un semáforo que nos indique si el nivel de CO2 en el espacio que estamos midiendo supera unos determinados límites para avisarnos de la necesidad de ventilación del local. También incluye sensor de sonido ambiente que será indicado igualmente según el nivel detectado.
Se establece de forma general el siguiente funcionamiento:
◦ Apagado cuando el nivel de CO2 y/o ruido está por debajo de un determinado nivel o resulta inapreciable.
◦ Color verde para un nivel bajo de CO2 o de sonido pero que ya resulta apreciable.
◦ Amarillo para un nivel intermedio y tolerable de CO2 o sonido pero que denota que los niveles están subiendo considerablemente.
◦ Rojo fijo para un nivel insoportable o muy molesto de ruido y muy alto de CO2 que indica la conveniencia de ventilar el espacio.
◦ Rojo intermitente para indicar que el nivel de CO2 supera los niveles tolerables y es conveniente desalojar el recinto para una correcta ventilación.
Fases de desarrollo
El modelo llamado “modular” está actualmente operativo y calibrado en aulas reales. Toda la información se ha liberado en la web del proyecto. La calibración del equipo -explica Federico- se está llevando a cabo en el IES Pedro Soto de Rojas en aulas de ESO y Bachillerato por parte de los profesores Pedro Ruiz, Lorenzo Olmo y Pilar González. Es evidente, por tanto, que el equipo está cambiando de espacio y de grupos de alumnos para una obtención más adecuada de resultados.
Explica Federico que la calibración está prácticamente finalizada y se están obteniendo unos resultados óptimos y muy acordes con lo esperado. Aclara también que al ser un medidor de eCO2 el que tiene el sensor utilizado a veces, y durante tiempo más o menos breve, tiene un comportamiento algo errático. Esto mismo ocurre con el sonido y estamos sospechando que el micrófono, al ser de muy bajo coste, detecta sonidos no audibles que alteran el normal comportamiento.
Tiene previsto desarrollar dos modelos más: el primero con la misma estructura y componentes que el “modular” y con conectividad WiFi añadida para convertirlo en un proyecto IoT (Internet of Things) y poder tener los datos obtenidos cada cierto tiempo en la nube para su posterior análisis. El broker (servidor) donde se subirán los datos dispone de la posibilidad de que cualquiera pueda leer esos datos así como de widgets para teléfonos que permiten llevar esos datos en el bolsillo. La tercera va a ser una versión portable de medidor de CO2 alimentada con baterías y bastante simplificada en cuanto a elementos, ya que solamente dispondrá de un LED multicolor para que actúe como semáforo, no incluirá ni sensor de temperatura ni barómetro y también subirá los datos a la nube. Este modelo nos dará la posibilidad de crear mapas por espacios y así establecer las necesidades de ventilación de cada espacio concreto.
La importancia de ventilar las aulas
Cualquier profesor que entra en un aula cerrada o mal ventilada habrá notado alguna vez esa sensación de ambiente cargado, incluso con un fuerte olor. Esto se debe fundamentalmente a la mala ventilación general de las aulas, las altas temperaturas a las que se pone el sistema calefactor y a las emisiones de CO2 que emitimos los humanos cuando respiramos. El tema además se ve agravado por la emisión de otros compuesto volátiles con diversa procedencia como las personas, ordenadores, proyectores, etc.
Aun con ausencia de Covid debiéramos interiorizar la necesidad de ventilar las aulas y espacios de trabajo con varias personas y acostumbrarnos a acudir a los mismos con ropa cómoda de abrigo que favorezca la bajada de niveles de temperaturas y, de camino, hacemos un bien al medio ambiente.
Poder medir estos niveles y determinar cuándo es necesario ventilar es una cuestión necesaria en la mayor parte de las aulas, dado que no están dotadas de sistemas de renovación de aire eficaces -asegura Federico-. Aun con ausencia de Covid debiéramos interiorizar la necesidad de ventilar las aulas y espacios de trabajo con varias personas y acostumbrarnos a acudir a los mismos con ropa cómoda de abrigo que favorezca la bajada de niveles de temperaturas y, de camino, hacemos un bien al medio ambiente.
La presencia de la Covid y el hecho de que pueda propagarse por los aerosoles y gotículas presentes en el aire que respiramos (los emitimos al hablar y respirar) hace evidente que estar en ambientes cargados no es lo más adecuado si queremos protegernos de la enfermedad y muestra claramente esa necesidad de detección para indicar cuándo hay que ventilar el espacio.
En esta línea, el docente granadino hace referencia a este artículo publicado en el diario El País, que analiza los posibles contagios en diferentes grupos y estancias, dependiendo de factores como la ventilación o el uso de mascarilla, de donde extrae el siguiente cuadro resumen:
¿Son las aulas espacios seguros?
Piensa Federico que afirmar de forma general que las aulas son seguras no se ajusta a la realidad: Sé de buena tinta que la mayoría de los docentes están poniendo todo lo que está en sus manos de su parte, incluso con medios de su propio bolsillo y con la mejor intención, pero también sé que hay otros, y no pocos, que no hacen las cosas como es debido, que no siguen los protocolos establecidos y que no toman las medidas que debieran. Por otro lado también está el aspecto de los alumnos y sus familias relativo al comportamiento frente a la pandemia y, aunque también en la mayoría de los casos es ejemplar, hay otros, no pocos, que no acatan las normas. Por ejemplo, se ve a alumnos acudir al centro con mascarillas claramente sucias, que tienen que respetar alguna cuarentena y no lo hacen y, si hablamos de los mayores, pues a la vista está con los botellones, fiestas y demás actos incívicos. Aunque me consta que el comportamiento de casi todo el alumnado es extremadamente exquisito.
Opina el profesor granadino que sería muy deseable que las ratios por aula bajasen, que hubiese más medios técnicos y humanos, que los espacios docentes cumpliesen con la normativa de ventilación que marca el RITE y otros muchos aspectos, pero esto ya depende de las autoridades educativas y de los gobiernos autonómico y central y no parece que vaya a suceder ni a corto ni a largo plazo.
Controlando el ruido
No solo se trata de ventilar. La influencia del ruido en los espacios cerrados es un aspecto que también debe tenerse en cuenta, y este hecho puede afectar incluso a la metodología que se emplea en clase: En mi caso, soy defensor de la denominada enseñanza por retos o proyectos y en este contexto el ruido en el aula suele ser una constante, porque el alumnado está permanentemente interaccionando, ahora bien, con la pandemia entre nosotros se complica esta tarea y para mantener distancias de seguridad es fundamental que el alumnado permanezca en un lugar más o menos fijo y, por otro lado, como se ha indicado antes, si se habla fuerte la emisión de gotículas y aerosoles aumenta mucho, por lo que es muy conveniente que no se den situaciones de mucha gente hablando en un espacio cerrado. En este nuevo contexto el semáforo con detección de nivel de sonido ambiente puede resultar útil para no sobrepasar ciertos límites.
Aprendizaje Basado en Proyectos
Federico no tiene ningún reparo en reconocer que la experiencia de uso del ABP o retos cambió enormemente todo su trabajo y ha sido una de las mejores experiencias de su carrera docente: Yo siempre había sido más o menos innovador en mis clases, no me conformaba con el trabajo rutinario de explicar contenidos para posteriormente evaluarlos, pues a menudo detectaba que muchos alumnos no sacaban provecho de lo explicado. A partir del descubrimiento de la robótica educativa inicié el camino de trabajar todos los contenidos por retos haciendo propuestas tanto a los grupos de alumnos como a compañeros de otros módulos y obteniendo resultados que de forma manifiesta mejoraban en muchos aspectos: dinámica de las clases, rendimiento de la gran mayoría de los alumnos, implicación en su propio aprendizaje, etc., hasta llegar a la realización de algunos trabajos que obtuvieron premios en distintos eventos celebrados por toda España y que fueron mostrados en diferentes centros educativos como ejemplo del buen hacer de los alumnos que los hicieron posibles.
A partir del descubrimiento de la robótica educativa inicié el camino de trabajar todos los contenidos por retos haciendo propuestas tanto a los grupos de alumnos como a compañeros de otros módulos
Federico suele contar una historia relativa a esta metodología de enseñanza: el aula donde habitualmente trabajaban los alumnos los proyectos era la primera al entrar al edificio. A su vez tenía la entrada a un hall bastante grande y lo usual era que la puerta del aula estuviese abierta. Algunos, diría que muchos, compañeros y compañeras de trabajo que tenían que pasar por la zona para acceder a sus aulas, me comentaban: ‘siempre que paso por la puerta de tu aula me llama la atención el gran ambiente de trabajo que tienes’. Mi respuesta siempre era la misma: 'Hay ambiente de trabajo porque están trabajando en lo que les interesa e interactúan libremente entre ellos, con lo que yo soy un mero coordinador y vigilante de que nadie pierda el ritmo'.
Recuerda también Federico que a menudo usaban ese espacio del hall para probar los aparatos con los que trabajaban, y eso llamaba mucho la atención de todo el que pasaba por ahí. Así le viene a la mente la anécdota de un alumno de un ciclo de mecánica: viendo a alguno de mis alumnos con un robot me comentó: ‘tengo que tener en mi casa abandonado un kit de un robot que me compré y que nunca llegue a hacer nada con él; os lo voy a regalar que seguro que aquí se le saca bastante provecho’. A los pocos días así lo hizo y, cómo no, el material fue utilizado para distintos proyectos. Esta sencilla anécdota pone de manifiesto lo que impactaba el trabajo que hacían los alumnos, en muchos casos brillante.
Un proyecto interdisciplinar
Cuando hablamos de robótica educativa es normal que lo asociemos a enseñanzas técnicas relacionadas con la Formación Profesional, pero Federico encuentra que este proyecto podría extenderse a un ámbito más amplio: Dadas las diferentes configuraciones que va a tener está especialmente indicado para segundo ciclo de ESO, Bachillerato y Ciclos Formativos. Las posibilidades que ofrece son muchas y muy diversas. Estas son las que cita como ejemplo:
• Tecnología: montaje, programación, mejoras, etc.
• Matemáticas: análisis de datos, trabajo con bases de datos y hojas de cálculo, etc.
• Biología: Estudios sobre sistemas de propagación de los virus en función de las condiciones ambientales existentes en un entorno dado, análisis de la covid-19 con los datos obtenidos,etc.
• Física y Química: Análisis de la física y la química del aire, estudios sobre los efectos de la composición del aire en las transmisiones por aerosoles y gotículas, etc.
• Lengua: redacción de informes, búsquedas de información, etc.
• Asignaturas relacionadas con el arte: creación de modelos a partir de los datos, infografías,etc.
Un proyecto abierto a más profesorado y alumnado
En el proyecto están implicadas las siguientes personas:
• Profesores que desarrollan el dispositivo: Ángela Pozo, Pedro Ruiz, Pilar González y Federico Coca.
• Estudiante universitario: Javier Montes
• Estudiantes de ESO y Bachillerato: varios grupos como probadores del sistema
El proyecto se publica bajo estas dos licencias:
• Creative Commons Atribución-CompartirIgual 4.0 International ("CC BY-SA"). CC BY-SA 4.0.
• MIT
Por lo tanto es de libre uso, replica, modificación y difusión con el único límite de citar la fuente original. Lo ideal sería que mucha gente entrase en el desarrollo y mejora del sistema.
El proyecto del semáforo óptico-acústico de CO2 y nivel de ruido, así como otros que salen del Club Robótica Granada, esperan presentarse en próximos eventos como la OSHWDem de Coruña o la Feria Makers of Murcia, que se celebrarán en modalidad online. Existe la posibilidad de que otros eventos similares se lleven a cabo, pero esto dependerá en última instancia de la evolución de la pandemia. Mejor seguir ventilando a conciencia.