InGenio Journal

Revista de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo

https://revistas.uteq.edu.ec/index.php/ingenio

e-ISSN: 2697-3642 CC BY-NC-SA 4.0

Volumen 4 | Número 1 | Pp. 11–16 | Enero 2021 Recibido (Received): 2020/10/10

DOI: https://doi.org/10.18779/ingenio.v4i1.363 Aceptado (Accepted): 2020/11/30

Casco inteligente de seguridad industrial para la

prevención de accidentes y enfermedades

ocupacionales

(Industrial Safety Smart Helmet for the Prevention of Accidents and

Occupational Diseases)

Henry Nelson Aguilera Vidal

, Franklin Landerson Gallegos Ramírez

, Anabell Martha Rea

Freire

, Michael Nilo Galeas

Facultad de Ciencias de la Ingeniería, Universidad Técnica Estatal de Quevedo, Quevedo, Ecuador

haguilera@uteq.edu.ec, franklin.gallegos2015@uteq.edu.ec, anabel.rea2015@uteq.edu.ec,

michael.galeas2015@uteq.edu.ec

Resumen: La seguridad industrial es un relevante para las empresas debido al uso contante

de herramientas, maquinarias y equipos, creando un entorno de trabajo lleno de riesgos y

peligros para los trabajadores. Por ello, hay normas que exigen la utilización de los EPI

tales como el casco para prevenir accidentes y enfermedades ocupacionales. Sin embargo,

en la actualidad no existe una solución tecnológica en este ámbito que proporcione en

tiempo real información tanto al trabajador como al personal médico y al departamento de

seguridad industrial, y que alerte al trabajador sin equipos adicionales o la necesidad de

personal especializado en mediciones ambientales como túneles o minas. Por ello, en este

trabajo se propone un casco de seguridad inteligente que podría ayudar a reducir el índice

de accidentabilidad de los trabajadores. El casco utiliza componentes electrónicos como

dispositivos de alerta y puede analizar niveles nocivos de gases, con el fin de prevenir

enfermedades ocupacionales a corto y largo plazo a consecuencia de la actividad que

realizan los trabajadores.

Palabras clave: casco inteligente, salud ocupacional, seguridad industrial.

Abstract: Industrial safety is relevant for companies due to the constant use of tools,

machinery and equipment, creating a work environment full of risks and dangers for

workers. For this reason, there are regulations that require the utilization of PPE such as the

helmet that you use to accidents and occupational diseases. However, at present there is no

technological solution in this area that provides information in real time to both the worker

and the medical staff and the industrial safety department, and that alerts the worker

without additional equipment or the need for specialized personnel in measurements

environmental such as tunnels or mines. For this reason, this work proposes an intelligent

safety helmet that could help reduce the accident rate of workers. The helmet uses

electronic components as warning devices and analyzes harmful levels of gases, in order to

prevent occupational diseases in the short and long term as a result of the activity carried

out by workers.

Keywords: smart helmet, occupational health, industrial safety.

1. INTRODUCCIÓN

La seguridad industrial es un tema de gran importancia para las empresas, pues debido a la

gran cantidad de herramientas, maquinarias y equipos que se manejan se crea al mismo tiempo

un entorno de trabajo lleno de riesgos y peligros para los trabajadores. Es por esto que existen

InGenio Journal, 4(1), 11–16

| 12

normas que obligan el uso de Equipos de Protección Personal (EPP) [1] en todo momento. En

base a lo anterior, podemos decir que es importante innovar continuamente la efectividad y

confiabilidad de estos equipos de seguridad, y de esta manera asegurar la integridad del

trabajador [2].

En la industria minera por ejemplo [3], la construcción de túneles y de obras subterráneas

implica riesgos para todas las partes implicadas así como para otras no directamente

involucradas, debido a las incertidumbres inherentes a estos proyectos. Si no se toman medidas

o acciones necesarias para disminuir los riesgos en futuros proyectos de minería túneles y

galerías, el índice de accidentabilidad en los trabajadores se incrementaría durante su ejecución

de las actividades. Para disminuir los riesgos que ocurren en trabajos subterráneos de minería,

galería y túneles se necesitan cascos de seguridad industrial inteligentes que ayuden a prevenir

accidentes y enfermedades ocupacionales en la industria minera y de construcción.

En la actualidad no existen soluciones tecnológicas en el campo de la seguridad industrial y

salud en el trabajo, que brinde información en tiempo real tanto al trabajador como al personal

médico y departamento de seguridad industrial, y que a la vez alerte al trabajador sin equipos

adicionales o la necesidad de personal especializado en mediciones ambientales [4] como

dióxido de carbono, gas metano, temperatura, humedad del lugar de trabajo en túneles y

minería, similar a lo que se hace en ambientes cerrados [5].

Por ello, con este proyecto se busca la implementación de mejoras a estos equipos,

orientadas a la interacción inteligente tanto con su entorno como con el usuario, añadiendo una

serie de características pensadas para aumentar al máximo la integridad y seguridad de los

operarios en el sector de la minería y la industria [2]. Así, el objetivo de este trabajo fue diseñar

un casco de seguridad industrial “inteligente”, que mediante el uso de sensores y actuadores

tecnológicos, contribuya a la prevención de accidentes y enfermedades ocupacionales en la

industria minera. La finalidad de diseñar este casco de seguridad inteligente es de reducir el

índice de accidentabilidad de los trabajadores utilizando componentes electrónicos como

dispositivos de alerta. También permitirá realizar un análisis de la calidad atmosférica

específicamente de gases metano y dióxido de carbono, con el fin de prevenir enfermedades

ocupacionales a corto y largo plazo a consecuencia de la actividad que realizan los trabajadores.

2. METODOLOGÍA

2.1. Casco “inteligente”

El casco diseñado cuenta con múltiples sensores entre ellos tres sensores de proximidad que

se instalan en lugares específicos de un casco de seguridad. Estos sensores emiten una señal

eléctrica en caso de encontrarse a menos de 50 cm. De distancia de un objeto.

La señal es captada por un Arduino, el cual la envía a un motor vibratorio haciendo

haciéndole actuar de manera inmediata. Así, a través de vibraciones localizadas, se le indica al

usuario cuando un objeto se aproxima al trabajador. Además, la frecuencia de vibración se

incrementa al reducir la distancia entre el objeto y el sensor. También, el casco permite realizar

un análisis de la calidad atmosférica específicamente de gases metano y dióxido de carbono

dando a conocer en tiempo real las concentraciones a la que está expuesto los trabajadores,

cuenta con un sensor de DTH11 quien se encarga de tomar la lectura de temperatura, humedad a

la que se encuentra laborando el trabajador, con el fin de prevenir enfermedades ocupacionales a

corto y largo plazo a consecuencia de la actividad que realizan.

El sistema es alimentado por una batería externa de ion litio la cual está conectada al

Arduino y al motor. Las conexiones entre el Arduino, sensores, motores y alimentación

convergen en una placa PCB, ubicada junto al Arduino y la batería en una caja pequeña en la

zona trasera del casco.

InGenio Journal, 4(1), 11–16

| 13

2.2. Métodos

Éste proyecto se realizó mediante un estudio de tipo exploratorio, en el cual se analizó la

factibilidad de la implementación de un prototipo de casco inteligente minero, con los diferentes

métodos de ensayo y observaciones de campo a los trabajadores expuestos.

También, se recopilado información documental del modelo de casco a evaluar, así como

como también en campo para la realización del estudio; es decir se tendrá que identificar a la

población expuesta para evaluar mediante los métodos descritos en este trabajo.

2.3. Materiales

A continuación se listan los materiales empleados en el diseño del prototipo de casco

inteligente.

 sensor ultrasónico

 motores vibrador

 resistencias

 Cables de conexión

 placa pre perforada

 porta baterías

 batería de ion litio 3000 M.A

 sensor de temperatura, humedad

 arduino omega

 buzzer

 Panel solar

 Leds t rojo

 Sensor de dióxido de carbono co2

 Sensor de gas metano CH4

 pantalla oled 12c

 ESP8266 wifi comunicación

 Batería recargable 9v

 Interruptor

 Módulo de carga 5v

 El módulo controlador de motores

 Cautín

 Estaño

 Pasta de soldar

 Porta cables

 Pinza

 Pistola de silicona

 Cable de datos

Equipos

 Multímetro

 Laptop

 Impresora

 Memoria USB (8gb)

Software

 IBM spss statistics 25

 Arduino uno

InGenio Journal, 4(1), 11–16

| 14

 Blynk

 Microsoft Word, Excel

3. RESULTADOS

Las figuras 1 y 2 muestras el resultado de la elaboración del casco de seguridad industrial

inteligente incorporado dispositivos electrónicos como sensores de temperatura, humedad,

dióxido de carbono, metano, ultrasónico, que permitan monitorear constantemente y reducir el

incide de accidentabilidad.

Figura 1. Vista lateral-posterior del casco propuesto.

Figura 2. Vista frontal del casco propuesto.

Se realizaron pruebas de funcionamiento para determinar que todos los componentes

electrónicos incorporados en el casco de seguridad industrial inteligente trabajan correctamente.

InGenio Journal, 4(1), 11–16

| 15

Asimismo, se verificó que emitan los datos detectados por los sensores como se puede apreciar

en la figura 3. En ella se observa la ejecución de la aplicación móvil que acompaña al casco.

Esta aplicación fue desarrollada usando Blynk [6] y muestra en tiempo real los datos obtenidos

de los sensores incorporados en el casco de seguridad industrial propuesto.

Figura 3. Aplicación móvil usando Blynk para visualización de valores leídos en el casco

Una vez verificado el funcionamiento de todos los componentes del sistema, se llevó a cabo

una prueba piloto para ratificar este funcionamiento. Esta evaluación se llevó a cabo en una feria

de seguridad industrial y salud ocupacional realizada en el campus de la institución a la que

pertenecen los autores. En ella, se dispuso de un stand al que llegaron diferentes personas,

fundamentalmente docentes y estudiantes relacionados al área de seguridad industrial. Al

acercarse, se les proporcionó una explicación del casco para luego solicitarles colocárselo y

probarlo. Finalmente, mediante una entrevista informal se requirió la opinión de ellos. En

general, los comentarios fueron positivos, tales como: es una propuesta interesante, sería de

utilidad para mineros, podría servir a otros tipos de trabajadores.

4. CONCLUSIONES

En este trabajo se ha descrito el diseño de un casco de seguridad industrial inteligente. Para

ello, se seleccionaron los componentes electrónicos adecuados para la implantación, tales como

sensores (de gases, ultrasónico, humedad, temperatura), Arduino, motor vibratorio, batería,

panel solar, entre otros. Estos componentes permiten recopilar los datos obtenidos en el lugar de

trabajo.

Se incorporó los sensores electrónicos al casco de seguridad industrial, obteniendo un

funcionamiento correcto de los componentes. De esta manera se ha innovado un casco de forma

tradicional a un casco inteligente. Gracias a la función de los sensores se obtienen datos

específicos que permiten conocer los riesgos a los que están expuestos los trabajadores y por

ende dar una media de control, con el fin de minimizar el índice de aceptabilidad y el riesgo de

obtener a corto o largo plazo una enfermedad ocupacional.

InGenio Journal, 4(1), 11–16

| 16

Finalmente, se desarrolló una aplicación móvil que permite al departamento de seguridad

monitorear constantemente donde se registran los datos obtenidos en tiempo real. Asimismo, el

trabajador portará una pulsera, basada en Internet de las cosas, de forma inalámbrica para

visualizar la humedad y temperatura ambiente a la que está laborando, así como gases de

dióxido carbono y gas metano, distancia de objetos para evitar accidentes mediante un sistema

de alarma que se activa al detectar un objeto próximo a impactarse dando como aviso en forma

de vibración en el casco y un sonido emitido por un “buzzer” que es percibido por el trabajador.

Teniendo en cuenta que solo se ha realizado una evaluación final, a futuro se espera llevar a

cabo una nueva evaluación idealmente en un ambiente real para el cual el casco fue diseñado.

Asimismo, se espera incorporar nuevas funcionalidades, como por ejemplo, proporcionar

feedback táctil mediante la pulsera y detectar niveles nocivos de otros gases.

REFERENCIAS

[1]

M. Abrego, S. Molinos y P. Ruíz, «Equipos de protección personal,» ACHS, vol. 32, 2000.

[2]

Díaz.B, «Fablab.uchile,» 28 Septiembre 2018. [En línea]. Available:

http://www.fablab.uchile.cl/proyectos/322/casco-de-seguridad-proxihelmet/.

[3]

J. H. Herbert, Seguridad, salud y prevencion de riesgos en mineria, Madrid, España, 2008.

[4]

F. A. Cruz Salguero, Análisis de factibilidad de la implementación de un modelo de casco

inteligente en trabajos de galerías y túneles, Quito, Ecuador: Universidad Internacional SEK,

2018.

[5]

O. Erazo Moreta, Á. R. Santana Sornoza, M. J. Vera Alarcón y B. W. Oviedo Bayas,

«Monitorización de gases contaminantes en ambientes cerrados usando WSN para la toma

de acciones preventivas,» Universidad y Sociedad, vol. 12, nº 3, pp. 116-122, 2020.

[6]

Blynk, «Blynk - IoT platform for businesses and developers,» [En línea]. Available:

https://blynk.io/. [Último acceso: 2020].