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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING & TELECOMUNICACIONES IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO BASADO EN WSN PARA LA MONITORIZACIÓN DE PARÁMETROS AMBIENTALES, CON EL FIN DE PREVENIR AFECCIONES EN LA PIEL DEBIDO A LA EXPOSICIÓN AL SOL DENTRO DE LA ESCUELA DEMETRIO AGUILERA MALTA PROYECTO DE TITULACIÓN Previo a la obtención del Título de: INGENIERO EN NETWORKING & TELECOMUNICACIONES AUTORES: PAUL FABRICIO ARIAS HARO ADRIAN DAVID GARBOA VARGAS TUTOR: ING. FAUSTO RAÚL OROZCO LARA, M.SC. GUAYAQUIL – ECUADOR 2023 REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA FICHA DE REGISTRO DE TESIS TÍTULO: Implementación de un prototipo basado en WSN para la monitorización de parámetros ambientales, con el fin de prevenir afecciones en la piel debido a la exposición al sol dentro de la escuela Demetrio Aguilera Malta. AUTORES: Paul Fabricio Arias Haro Adrian David Garboa Vargas TUTOR: Ing. Fausto Raúl Orozco Lara, M.Sc. REVISOR: Ing. Juan Carlos Yturralde Villagomez, M.Sc. INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas CARRERA: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones FECHA DE PUBLICACIÓN: No. DE PÁGS.: ÁREAS TEMÁTICAS: PALABRAS CLAVE: Prevención, radiación solar, afecciones, monitoreo, sensores. RESUMEN: Se implementó un sistema de monitoreo de radiación solar en la institución educativa Demetrio Aguilera Malta para desarrollar medidas preventivas contra afecciones en la piel. La integración de tecnología basada en WSN (Red de Sensores Inalámbricos) permitió la recolección de datos en tiempo real y la generación de notificaciones vía correo electrónico, lo que mejora la eficacia del monitoreo y el conocimiento de índice UV que se recibe en la institución educativa. Se utilizó la metodología PPDIOO, se identificaron los riesgos de salud, se analizó el registro ambiental de los sensores, se evaluó la efectividad del prototipo en apoyo a los profesionales de la salud y se implementaron dos medidas de prevención en beneficio de la comunidad presente en el plantel. Se concluyó que el proyecto ofrece una solución efectiva y relevante para la prevención de afecciones de la piel en la comunidad educativa. No. DE REGISTRO: No. DE CLASIFICACIÓN: DIRECCIÓN URL: ADJUNTO PDF: X SÍ NO CONTACTO CON AUTORES: Teléfono: 0989517331 0981536178 E-mail: paul.ariash@ug.edu.ec adrian.garboav@ug.edu.ec CONTACTO EN LA INSTITUCIÓN: Nombre: Teléfono: E-mail: III APROBACIÓN DEL TUTOR En mi calidad de tutor del trabajo de titulación “Implementación de un prototipo basado en WSN para la monitorización de parámetros ambientales, con el fin de prevenir afecciones en la piel debido a la exposición al sol dentro de la escuela Demetrio Aguilera Malta”, elaborado por los Sres. Paul Fabricio Arias Haro y Adrian David Garboa Vargas, alumnos no titulados de la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones, Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil, previo a la obtención del Título de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones, me permito declarar que luego de haber orientado, estudiado y revisado, la apruebo en todas sus partes Atentamente, _____________________________ Ing. Fausto Raúl Orozco Lara, M.Sc. TUTOR IV DEDICATORIA I Este trabajo está dedicado a Dios quien fue mi guía durante este transcurso de mi vida, a mi familia que me enseño el mejor conocimiento que se puede tener por sí mismo y haber sido mi apoyo durante todo este tiempo. A los docentes de la carrera de Ing. en Networking y Telecomunicaciones de la Universidad de Guayaquil, que con su sabiduría, conocimiento y apoyo me motivaron como persona y profesional en este tiempo, permitiéndome lograr culminar esta etapa con éxito. Paul Fabricio Arias Haro V AGRADECIMIENTO I No tengo palabras para expresar mi gratitud a Dios ,mi madre, hijo y familia , por su inalcanzable ayuda en esta etapa, gracias a ellos quienes fueron mi motivación permitiéndome poder culminar este peldaño más de mi vida. Agradecido siempre con Dios por las circunstancias de mi vida que motivaron que estudie y me siga desarrollando como persona, además de los obstáculos que me fortalecieron en el camino. Todos me hicieron ver que sin importar cuanto tiempo perdure todo se puede lograr con paciencia y gran dedicación. Paul Fabricio Arias Haro VI DEDICATORIA II Dedico este trabajo a mi familia, por su incondicional apoyo y motivación durante mi formación académica. A mi director de tesis, por su guía y orientación en el desarrollo de este proyecto. A mis amigos, por su amistad y compañía en momentos difíciles. Y finalmente, a todas las personas que han contribuido de alguna manera en mi formación personal y profesional, gracias por ser parte de mi camino. Adrian David Garboa Vargas VII AGRADECIMIENTO II Agradezco profundamente a mi familia por su incondicional apoyo y motivación durante toda mi carrera universitaria. Sin su amor y paciencia, este logro no habría sido posible. Agradezco también a mi tutor de tesis por su guía y sabiduría para realizar el presente trabajo de titulación de la mejor manera posible. Agradezco a mi amigo y compañero de tesis por su ayuda y colaboración para culminar este proyecto. Agradezco a todas las personas que participaron en mi investigación, en especial a los miembros de la institución educativa “Demetrio Aguilera Malta” ya que con su ayuda y cooperación fue fundamental para el éxito de mi trabajo. Agradezco a mi universidad por brindarme las herramientas necesarias para alcanzar mis objetivos académicos y profesionales. Finalmente quiero expresar que este logro es un tributo a todos aquellos que creyeron en mí y me apoyaron en cada paso de este arduo camino. Adrian David Garboa Vargas VIII TRIBUNAL DEL PROYECTO DE TITULACIÓN _____________________ Ing. Daniel Douglas Iturburu Salvador, M.Sc. DECANO DE LA FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS _____________________ Ing. Juan Carlos Yturralde Villagomez, M.Sc. PROFESOR REVISOR TRIBUNAL _____________________ Ing. Francisco Palacios Ortiz, M.Sc DIRECTOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES _____________________ Ing. Ingrid Giraldo Martínez, M.Sc. PROFESOR DEL ÁREA TRIBUNAL _____________________ Ing. Fausto Raúl Orozco Lara, M.Sc. PROFESOR TUTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN _____________________ Ab. Juan Chávez Atocha, Esp. SECRETARIO (E) FACULTAD 1 DECLARACIÓN EXPRESA “La responsabilidad del contenido de este Proyecto de Titulación, nos corresponde exclusivamente a los autores de este trabajo; y el patrimonio intelectual de la misma a la Universidad de Guayaquil” AUTORES: Paul Fabricio Arias Haro C.I. 0930971908 Adrian David Garboa Vargas C.I. 0951745967 2 UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING & TELECOMUNICACIONES IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO BASADO EN WSN PARA LA MONITORIZACIÓN DE PARÁMETROS AMBIENTALES, CON EL FIN DE PREVENIR AFECCIONES EN LA PIEL DEBIDO A LA EXPOSICIÓN AL SOL DENTRO DE LA ESCUELA DEMETRIO AGUILERA MALTA Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar por el título de INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES AUTORES: Paul Fabricio Arias Haro C.I. 0930971908 AdrianDavid Garboa Vargas C.I. 0951745967 TUTOR: Ing. Fausto Raúl Orozco Lara, M.Sc. Guayaquil, marzo de 2023 3 CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR En mi calidad de tutor del Proyecto de Titulación nombrado por el Consejo Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil, CERTIFICO: Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por los estudiantes Paul Fabricio Arias Haro y Adrian David Garboa Vargas, como requisito previo para optar por el título de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones, cuyo tema es: Implementación de un prototipo basado en WSN para la monitorización de parámetros ambientales, con el fin de prevenir afecciones en la piel debido a la exposición al sol dentro de la escuela Demetrio Aguilera Malta, Considero aprobado el trabajo en su totalidad. PRESENTADO POR: Paul Fabricio Arias Haro C.I. 0930971908 Adrian David Garboa Vargas C.I. 0951745967 TUTOR: Ing. Fausto Raúl Orozco Lara, M.Sc. Guayaquil, marzo de 2023 4 UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING & TELECOMUNICACIONES Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato Digital 1. Identificación del Proyecto de Titulación Nombres: Paul Fabricio Arias Haro Adrian David Garboa Vargas Dirección: Tulcán 3914 y 4 de noviembre entre Azuay Durán – El Recreo 5ta Etapa Mz. 522 V.6 Teléfono: 0989517331 0981536178 E-mail: paul.ariash@ug.edu.ec adrian.garboav@ug.edu.ec Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas Carrera: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones Título al que opta: Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones Profesor tutor: Ing. Fausto Raúl Orozco Lara, M.Sc. Título del Proyecto de Titulación: Implementación de un prototipo basado en WSN para la monitorización de parámetros ambientales, con el fin de prevenir afecciones en la piel debido a la exposición al sol dentro de la escuela Demetrio Aguilera Malta. Tema del Proyecto de Titulación: IoT, Ubidots, Rayos UV, ESP32, Open Source, WSN, Prevención 5 2. Autorización de publicación de versión electrónica del Proyecto de Titulación A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de este Proyecto de Titulación. Publicación electrónica: Inmediata X Después de 1 año Firma de alumnos: ____________________________ Paul Fabricio Arias Haro C.I. 0930971908 ____________________________ Adrian David Garboa Vargas C.I. 0951745967 3. Forma de envío El texto del Proyecto de Titulación debe ser enviado en formato Word, como archivo .doc o .rtf y .pdf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser .gif, .jpg o .tiff. DVD-ROM CD-ROM X 6 ÍNDICE GENERAL APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................................................. III DEDICATORIA I ..................................................................................................... IV AGRADECIMIENTO I ............................................................................................. V DEDICATORIA II .................................................................................................... VI AGRADECIMIENTO II .......................................................................................... VII TRIBUNAL DEL PROYECTO DE TITULACIÓN ................................................. VIII DECLARACIÓN EXPRESA .................................................................................... 1 CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR ................................................... 3 ÍNDICE GENERAL .................................................................................................. 6 ÍNDICE DE CUADROS ......................................................................................... 10 ÍNDICE DE GRÁFICOS ........................................................................................ 12 ABREVIATURAS .................................................................................................. 14 INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 17 CAPÍTULO I: EL PROBLEMA .............................................................................. 19 Planteamiento del Problema........................................................................................ 19 Ubicación del Problema en un Contexto .................................................................. 19 Situación Conflicto Nudos Críticos ........................................................................... 23 Causas y Consecuencias del Problema ..................................................................... 26 Delimitación del Problema ....................................................................................... 27 Formulación del Problema ....................................................................................... 28 Evaluación del Problema .......................................................................................... 28 Objetivos .................................................................................................................. 29 Objetivo General .................................................................................................. 29 Objetivos Específicos ............................................................................................ 29 Alcances del Problema ............................................................................................. 29 Justificación e Importancia ....................................................................................... 30 Metodología del Proyecto ........................................................................................ 32 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO ......................................................................... 33 7 Antecedentes del estudio ............................................................................................ 33 Fundamentación Teórica.............................................................................................. 35 Radiación Solar ......................................................................................................... 35 Radiación Ultravioleta (RUV) .................................................................................... 36 Cáncer a la piel ......................................................................................................... 36 Cáncer a la piel no melanoma .................................................................................. 40 Carcinoma basocelular ............................................................................................. 40 Árboles de decisión .................................................................................................. 43 Bosques aleatorios ................................................................................................... 43 Regresión Logística ................................................................................................... 43 K vecinos más cercanos ............................................................................................ 44 Aprendizaje profundo .............................................................................................. 44 Red neuronal convusional ........................................................................................ 44 Criterios de evaluación .............................................................................................45 Exactitud .............................................................................................................. 45 Precisión ............................................................................................................... 46 Sensibilidad .......................................................................................................... 46 Validación Cruzada ............................................................................................... 47 Experimentos y resultados ....................................................................................... 47 Estudios realizados en pacientes de Consulta Externa en el Hospital Vicente Corral Moscoso. Cuenca – Ecuador, 2013- 2017 ................................................................. 48 Resultados ............................................................................................................ 49 Contaminación Ambiental ........................................................................................ 51 Redes Inalámbricas .................................................................................................. 52 WSN ......................................................................................................................... 54 Elementos de una WSN ........................................................................................ 55 Fundamentación Legal ................................................................................................. 56 Pregunta científica a contestarse ................................................................................. 63 Definiciones conceptuales ........................................................................................... 64 CAPÍTULO III: PROPUESTA TECNOLÓGICA .................................................... 67 Análisis de factibilidad .................................................................................................. 67 Factibilidad Operacional ........................................................................................... 68 Factibilidad Técnica .................................................................................................. 68 8 Factibilidad Legal ...................................................................................................... 70 Factibilidad Económica ............................................................................................. 70 Etapas de la metodología del proyecto ........................................................................ 73 Etapa de Preparación ............................................................................................... 73 Análisis de requerimiento mínimos ...................................................................... 73 Inspección técnica para ubicación de equipos ..................................................... 74 Información de los fototipos de piel de los estudiantes del plantel ..................... 77 Etapa de Planeación ................................................................................................. 79 Diagrama de Gantt ............................................................................................... 79 Análisis comparativo de las herramientas de hardware ....................................... 80 Análisis comparativo de las herramientas de software ........................................ 81 Etapa de Diseño ....................................................................................................... 85 Diseño del funcionamiento del prototipo ............................................................ 87 Etapa de Implementación ........................................................................................ 89 Ensamblaje y programación del prototipo ........................................................... 89 Configuración de la plataforma Ubidots............................................................... 92 Instalación de puntos eléctricos ........................................................................... 98 Ubicación de los prototipos en la institución educativa ..................................... 100 Medida preventiva orientada a la información .................................................. 101 Medida preventiva orientada al monitoreo ....................................................... 103 Etapa de Operación ................................................................................................ 105 Medición de señal WiFi de los prototipos .......................................................... 105 Análisis de datos obtenidos de los índices UV .................................................... 106 Alertas de índices UV.......................................................................................... 107 Etapa de Optimización ........................................................................................... 109 Rediseño de los prototipos ................................................................................. 109 Personalización de la plataforma Ubidots .......................................................... 110 Entregables del proyecto ........................................................................................... 111 Criterios de Validación de la Propuesta ..................................................................... 112 Preguntas de la encuesta realizada a miembros del plantel .............................. 112 Procesamiento y Análisis ............................................................................................ 115 Análisis de la respuesta de los encuestados ....................................................... 115 CAPÍTULO IV: CRITERIOS DE ACEPTACIÓN ................................................. 117 9 Conclusiones .............................................................................................................. 118 Recomendaciones ...................................................................................................... 120 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 121 ANEXOS ............................................................................................................. 125 Anexo 1 Solicitud para realizar proyecto de titulación en la institución educativa .... 125 Anexo 2 Notificación de aceptación para realizar el proyecto de titulación en la institución educativa .................................................................................................. 126 Anexo 7 Notificación de aceptación para realizar la etapa de preparación del proyecto de titulación en la institución educativa .................................................................... 131 Anexo 11 Notificación de aceptación para realizar la etapa de planeación del proyecto de titulación en la institución educativa .................................................................... 136 Anexo 12 Solicitud para realizar la etapa de implementación del proyecto de titulación en la institución educativa ......................................................................................... 137 Anexo 13 Notificación de aceptación para realizar la etapa de implementación del proyecto de titulación en la institución educativa ..................................................... 138 Anexo 14 Señal WiFi de los 3 repetidores ubicados en la planta baja de la institución educativa .................................................................................................................... 139 Anexo 15 Manual de medidas preventivas ................................................................ 140 Anexo 16 Constancia de Validación ........................................................................... 148 Anexo 17 Criterios de validación ................................................................................149 10 ÍNDICE DE CUADROS Cuadro 1 Fototipos cutáneos según Fitzpatrick ................................................... 24 Cuadro 2 Horario de educación física en la institución educativa ....................... 24 Cuadro 3 Rango de edades según el nivel educativo.......................................... 25 Cuadro 4 Causas y consecuencias del problema ................................................ 27 Cuadro 5 Delimitación del problema .................................................................... 27 Cuadro 6 Resultados obtenidos ........................................................................... 48 Cuadro 7 Características sociodemográficas de los pacientes en HVCM. ......... 49 Cuadro 8 Distribución de pacientes según localización y tipo de cáncer de piel no melanoma. ............................................................................................................. 50 Cuadro 9 Atenciones dermatología del HVCM según antecedentes personales y tipo de CPNM. ....................................................................................................... 50 Cuadro 10 Atenciones en consulta externa de dermatología del HVCM según la opción terapéutica utilizada. ................................................................................. 51 Cuadro 11 Países más contaminados de Latinoamérica y el Caribe por PM……52 Cuadro 12 Tipos de redes y su descripción ......................................................... 53 Cuadro 13 Límite general para la transmisión ..................................................... 63 Cuadro 14 Recursos de software ......................................................................... 69 Cuadro 15 Recursos de hardware ........................................................................ 69 Cuadro 16 Costo de los recursos de software ..................................................... 70 Cuadro 17 Costo de los recursos de hardware .................................................... 71 Cuadro 18 Costos de los recursos humanos ....................................................... 71 Cuadro 19 Costo total del proyecto ...................................................................... 72 Cuadro 21 Comparación de placas de desarrollo ................................................ 80 Cuadro 22 Comparación de sensores UV ............................................................ 81 Cuadro 23 Comparación de entornos de desarrollo para microcontroladores .... 82 11 Cuadro 24 Comparación de aplicaciones móviles para medir señal WiFi .......... 83 Cuadro 25 Comparación de software de PC para medir señal WiFi ................... 84 Cuadro 26 Conexiones del microcontrolador y el sensor VEML6070 ................. 89 Cuadro 27 Datos recopilados de los prototipos sobre el Índice UV .................. 107 Cuadro 28 Criterios de aceptación del proyecto ................................................ 117 12 ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico 1 Recomendación de la SGRPC ............................................................. 20 Gráfico 2 Pronóstico nacional de radiación UV .................................................... 21 Gráfico 3 Índice UV ............................................................................................... 23 Gráfico 5 Imágenes de clase benigna .................................................................. 39 Gráfico 6 Imágenes de clase maligna .................................................................. 39 Gráfico 7 Carcinoma basocelular nodular con zona de ulceración centra .......... 42 Gráfico 8 Topología de red inalámbrica ............................................................... 53 Gráfico 9 Ubicación del primer nodo .................................................................... 75 Gráfico 10 Ubicación del segundo nodo............................................................... 75 Gráfico 11 Ubicación de los nodos ....................................................................... 76 Cuadro 20 Fototipos de piel de estudiantes del plantel ....................................... 78 Gráfico 12 Diseño de los prototipos de medición de índice UV ........................... 86 Gráfico 13 Diseño del dashboard en la plataforma Ubidots ................................ 87 Gráfico 14 Diagrama de flujo del funcionamiento del prototipo ........................... 88 Gráfico 15 Conexión de alimentación de la placa ................................................ 90 Gráfico 16 Prototipos ensamblados ..................................................................... 90 Gráfico 17 Programación del prototipo ................................................................. 91 Gráfico 18 Instalación del código en el microcontrolador de cada prototipo ....... 92 Gráfico 19 Creación de "Nodo N1" y de "Nodo N2" ............................................. 93 Gráfico 20 Creación de variables en los dispositivos ........................................... 93 Gráfico 21 Creación de tablero "U.E. Demetrio Aguilera Malta" .......................... 94 Gráfico 22 Creación del widget "Tabla de valores" .............................................. 94 Gráfico 23 Selección de variable "Rayos UV" para mostrarse en la tabla .......... 95 Gráfico 24 Configuración de la tabla de valores .................................................. 96 Gráfico 25 Creación de tabla de valores del "Nodo 1" y del "Nodo 2"................. 96 Gráfico 26 Creación del widget "Gráfico de líneas" ............................................. 97 13 Gráfico 27 Configuración del gráfico de líneas .................................................... 97 Gráfico 28 Tablero configurado ............................................................................ 98 Gráfico 29 Instalación de punto eléctrico para el nodo 1 ..................................... 99 Gráfico 30 Instalación de punto eléctrico para el nodo 2 ..................................... 99 Gráfico 31 Ubicación del nodo 1 sobre el techo del baño de varones .............. 100 Gráfico 32 Ubicación del nodo 2 sobre el techo de la entrada principal ........... 101 Gráfico 33 Evidencia de la charla con los docentes .......................................... 102 Gráfico 34 Evidencia fotográfica junto al Rector de la unidad educativa .......... 103 Gráfico 35 Ejemplo de valores mostrados en el monitor ................................... 104 Gráfico 36 Evidencia del monitor y la infografía junto a la autoridad del plantel104 Gráfico 37 Cobertura wifi del primer nodo .......................................................... 105 Gráfico 38 Cobertura wifi del segundo nodo ...................................................... 106 Gráfico 39 Alertas vía correo electrónico del nodo 1 ......................................... 108 Gráfico 40 Alertas vía correo electrónico del nodo 2 ......................................... 108 Gráfico 41 Rediseño interno del nodo 1 y nodo 2 .............................................. 109 Gráfico 42 Rediseño externo del nodo 1 y nodo 2 ............................................. 110 Gráfico 43 Personalización de la plataforma Ubidots ........................................ 111 Gráfico 44 Conocimiento de afectación en la piel por radiación solar ............... 112 Gráfico 45 Conocimiento sobre la tabla de índice de radiación UV .................. 112 Gráfico 46 Conocimiento de métodos que permita medir la radiación UV ........ 113 Gráfico 47 Conocimiento sobre sensor inalámbricos......................................... 113 Gráfico 48 Conocimiento de tecnología que dé resultados en tiempo real…….113 Gráfico 49 Conocimiento de alternativa tecnológica para implementar ............ 114 Gráfico 50 Utilidad de resultados de radiación UV como medio preventivo......114 14 ABREVIATURAS IoT Internet Of Things WSN Wireless Sensor Network WiFi Wireless Fidelity UV Ultraviolet PPDIOO Preparación Planeación Diseño Operación Optimización 15 UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING & TELECOMUNICACIONES IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO BASADO EN WSN PARA LA MONITORIZACIÓN DE PARÁMETROS AMBIENTALES, CON EL FIN DE PREVENIR AFECCIONES EN LA PIEL DEBIDO A LA EXPOSICIÓN AL SOL DENTRO DE LA ESCUELA DEMETRIO AGUILERA MALTA Autores: Paul Fabricio Arias Haro Adrian David Garboa Vargas Tutor: Ing. Fausto Raúl Orozco Lara, M.Sc. RESUMEN Se implementó un sistema de monitoreo de radiación solar en la institución educativa Demetrio Aguilera Malta para desarrollar medidas preventivas contra afecciones en la piel. La integración de tecnología basada en WSN (Red de Sensores Inalámbricos) permitió la recolección de datos en tiempo real y la generación de notificaciones vía correo electrónico, lo que mejora la eficacia del monitoreo y el conocimiento de índice UV que se recibe en la institución educativa. Se utilizó la metodología PPDIOO, se identificaron los riesgos de salud, se analizó el registro ambiental de los sensores, se evaluó la efectividad del prototipo en apoyo a los profesionales de la salud y se implementaron dos medidas de prevención en beneficio de la comunidad presente en el plantel. Se concluyó que el proyecto ofrece una solución efectiva y relevante para la prevención de afecciones de la piel en la comunidad educativa. Palabras clave: Prevención, radiación solar, afecciones, monitoreo, sensores. 16 UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICA CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING & TELECOMUNICACIONES IMPLEMENTATION OF A WSN-BASED PROTOTYPE FOR MONITORING ENVIRONMENTAL PARAMETERS, IN ORDER TO PREVENT SKIN AFFLICTIONS DUE TO SUN EXPOSURE WITHIN THE DEMETRIO AGUILERA MALTA SCHOOL Authors: Paul Fabricio Arias Haro Adrian David Garboa Vargas Tutor: Ing. Fausto Raúl Orozco Lara, M.Sc. ABSTRACT A solar radiation monitoring system was implemented at the Demetrio Aguilera Malta educational institution to develop preventive measures against skin conditions. The integration of technology based on WSN (Wireless Sensor Network) allowed the collection of data in real time and the generation of notifications via email, which improves the effectiveness of monitoring and the knowledge of the UV index received in the educational institution. The PPDIOO methodology was used, health risks were identified, the environmental record of the sensors was analyzed, the effectiveness of the prototype in support of health professionals was evaluated, and two prevention measures were implemented for the benefit of the community present in the campus. It was concluded that the project offers an effective and relevant solution for the prevention of skin conditions in the educational community. Keywords: Prevention, solar radiation, conditions, monitoring, sensors. 17 INTRODUCCIÓN A lo largo del tiempo el ser humano se ha encontrado en la necesidad de explorar, desarrollar e innovar nuevas formas de resolver problemas, esto como lo data la historia llevo al mundo a desarrollar una era de industrialización donde las máquinas facilitarían la producción en masa. Esto a su vez ha provocado en el último siglo el uso constante de combustibles fósiles teniendo consecuencias muy notables a nivel mundial cómo lo es el caso del cambio climático provocado por el daño constante que recibe la capa de ozono. La degradación de la capa de ozono ha dado lugar a que los rayos ultravioletas del sol impacten de forma directa en el planeta Tierra. El impacto de los rayos ultravioleta en forma directa y los altos niveles de radiación solar recibido por el ser humano tiene consecuencias notables en la piel originando patologías o enfermedades relacionadas con la misma. En los últimos años, en la época de verano se ha visto días cada vez más soleados provocando en las personas a corto plazo insolación mareos y a largo plazo problemas graves en la piel cómo manchas, aparición de lunares irregulares e incluso cáncer a la piel. En recientes noticias se ha informado un aumento en los rayos ultravioleta a ciertas horas del día, sin embargo, esta información no siempre llega a toda la población. Las instituciones educativas públicas o privadas no suelen contar con sistemas o equipos de medición de radiación solar de forma local, por lo que en gran medida los niños jóvenes o adolescentes pueden verse afectados por esta problemática. A lo largo de los años se ha presenciado un notorio avance de las tecnologías de la información, facilitando o dando soluciones a diferentes problemáticas que se originan en distintas áreas. Es por esto por lo que a partir del uso de tecnologías de la información se busca implementar un prototipo qué monitoree parámetros ambientales que tengan incidencia en problemas de la piel dentro de la unidad educativa Demetrio Aguilera Malta. El cambio climático a nivel global es alarmante, sumado a esto el daño agravante a la capa de ozono ha dado a lugar al aumento de la radiación solar a escala mundial. Ecuador no es la excepción a este problema, en los últimos meses ha sido notable la intensa actividad solar durante todo el día generando malestar y complicaciones físicas en sus ciudadanos. 18 El desarrollo del proyecto que se va a implementar está basado en 4 capítulos y a continuación se detallan cada uno de ellos: En el capítulo I se detallan el riesgo del problema, el motivo por el cual se presenta el proyecto como medida de prevención, se explica el nivel de afectación a la piel de una persona expuesta, causa y consecuencias del riesgo de la exposición, delimitación del problema, objetivos que se basa el proyecto tanto generales y específicos, además de la metodología implementada. En el capítulo II se especifica estudios de investigaciones, y tesis nacional e internacional, que nos ayudan con antecedentes de problemas, sirviéndonos de guías para poder ejecutar nuestro proyecto. La fundamentación teórica corresponde a las variables del estudio, en tema de concepto generales y cómo influye en nuestro proyecto, el poder conocer el riesgo de afectación y sus consecuencias, con ejemplos citados y datos estadísticos de pacientes atendidos en consulta externa del Hospital Vicente Corral Moscoso de la ciudad de Cuenca, exposición de la parte legal, que nos ampara para poder ejecutar nuestro prototipo, planteamiento de preguntas científicas sobre el proyecto en relación con las medidas de prevención a la salud. Se plantea palabras técnicas con su interpretación, para mayor entendimiento. En el capítulo III se da una breve descripción de la propuesta tecnológica, se explica la factibilidad operacional, técnica, legal y económica en la que se basa la ejecución de esta, detallando las herramientas que se hará uso para estructurar el prototipo, además de los valores y características. Se da a conocer cada una de las etapas de la metodología usada, en el primer capítulo describiendo cada etapa, relacionada con el proceso que se realiza la culminación del proyecto. En el capítulo IV consiste en el estudio de aceptación del prototipo, considerándolo aceptable o no aceptable, detallando la aceptación y calidad de las herramientas usadas como Hardware y software. Se definen las conclusiones basadas en los objetivos generales y especifico expuestos en el primer capítulo, además de las recomendaciones basados en mantenimientos o medidas de prevención que harán que el proyecto no presente un desperfecto a largo plazo. 19 CAPÍTULO I: EL PROBLEMA Planteamiento del ProblemaUbicación del Problema en un Contexto La implementación de sensores de medición de radiación ultravioleta (UV) en escuelas es un tema importante y relevante en la actualidad. El aumento de la exposición a los rayos UV debido al agotamiento de la capa de ozono y los cambios climáticos ha llevado a un mayor riesgo de afecciones de la piel, como quemaduras solares, en personas de todas las edades. La protección contra los rayos UV es especialmente importante en los centros educativos, donde los niños pasan largas horas al aire libre. Esta implementación de sensores de medición UV puede ayudar a prevenir enfermedades de la piel al proporcionar información en tiempo real sobre los niveles de radiación UV y permitir que se tomen medidas preventivas adecuadas. Según el diario mexicano en línea (INFOBAE, 2022) dice que: La radiación ultravioleta (UV) se encuentra en niveles más altos entre las horas de 10:00 y 16:00, lo que significa que se necesita protección para evitar daños a la salud. Recientemente, la Secretaría de Gestión Integral de Riesgos y Protección Civil (SGRPC) de la Ciudad de México reportó altos niveles de radiación UV, alcanzando un nivel 10 (muy alto) al mediodía. A las 14:00, la última actualización de la Secretaría del Medio Ambiente (Sedema) indicó que los rayos UV se encontraban en el nivel 6 (alto). Debido a la presencia de niveles altos de rayos UV, es importante tomar medidas de protección adicional. La SGRPC recomienda resguardarse en interiores o bajo la sombra, aunque es importante tener en cuenta que los árboles, sombrillas y toldos no brindan protección total contra la radiación UV. A continuación, se presenta la recomendación hecha por la Secretaría de Gestión Integral de Riesgos y Protección Civil como se puede ver en el Gráfico 1. 20 Gráfico 1 Recomendación de la SGRPC Elaborado por: Secretaría de Gestión Integral de Riesgos y Protección (SGRPC) Fuente: https://twitter.com/SGIRPC_CDMX/status/1587876133399367681/photo/1 Estas afectaciones de los elevados índices de radiación UV no se ven solamente en el ámbito internacional, también se ve en el ámbito nacional. Según el Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI) dice que: En las provincias de Imbabura, Chimborazo y el resto de Pichincha. En el caso de niveles muy altos se reportarán en localidades de la Costa y Amazonía, como Guayas, Manabí, Morona Santiago, Sucumbíos, Pastaza y demás. Ante esta realidad, las autoridades recomiendan mantenerse bajo sombra, no exponerse al sol entre las 10:00 y 15:00, utilizar protector solar medicado, sombrero de ala ancha y camisa de manga larga para evitar quemaduras en la piel, hidratarse constantemente. A continuación, se presenta en el Gráfico 2 un pronóstico elaborado por el INAMHI. 21 Elaborado por: Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI) Fuente: https://twitter.com/inamhi_ec/status/1618721664845615104?s=20 La institución Demetrio Aguilera Malta es una unidad educativa particular mixta que se encuentra ubicada en el cantón Durán - El Recreo 5ta etapa Mz K Solar 1- 2, entró en funcionamiento desde el año lectivo de 1997-1998 bajo el nombre “El Mundo del Saber”. A partir del año lectivo 2006-2007 se realizó una ampliación que permitió impartir clases hasta décimo año de educación básica y en el 2012 por ordenanza del ministerio de educación pasó a llamarse “Demetrio Aguilera Malta” y, además, amplió su oferta académica hasta 2do año de Bachillerato General Unificado. En cuanto a su infraestructura, la unidad educativa cuenta con planta baja en dónde se encuentra un patio sin techar, ahí se realizan las actividades recreativas, cívicas y escolares correspondientes a la materia de educación física. En esta institución educativa la exposición de los estudiantes al sol en horarios comprendidos entre 07:00 a 13:00 es riesgosa debido al desarrollo de actividades Gráfico 2 Pronóstico nacional de radiación UV 22 de educación física, minuto cívico y otras labores al aire libre. Por otra parte, el desconocimiento de los niveles de radiación UV (Ultravioleta) ha dado lugar a que se realicen estas actividades con normalidad generando así un problema en la salud del estudiantado. Con el retorno a clases se presenta un ciclo de vulnerabilidad en los niños, jóvenes o adolescentes ante los distintos parámetros ambientales como lo es la radiación solar la cual puede provocar a corto y a largo plazo afecciones, enfermedades o patologías en la piel. Actualmente la institución educativa Demetrio Aguilera Malta inquiere como parte de los objetivos del centro escolar el cuidado la salud por esta razón es importante conocer que la incidencia de parámetros ambientales por exposición al sol se considera una problemática a solucionar dentro de los aspectos de prevención, por lo que abordar el presente proyecto de titulación es de vital importancia para contar con una estación de monitoreo que permita tomar decisiones para preservar la salud de niños , jóvenes, adolescentes y personal docente así como administrativo. El riesgo por la exposición al está dividido en un rango el cual abarca un índice de 1 hasta 11+, donde se considera de manera perjudicial y causando afecciones directas a la piel rango mayor al índice 6, sin destacar el tiempo de exposición. A continuación, se detalla el significado de los rangos expuestos en el Gráfico 33 según los datos del sitio web (Environmental Protection Agency, 2022) • De 0 a 2: una lectura de índice UV de 0 a 2 indica que el peligro de exposición a los rayos UV del sol es bajo para una persona promedio. Se presenta en el Gráfico 33 el nivel de riesgo de color verde. • De 3 a 5: una lectura de índice UV de 3 a 5 indica que el riesgo de sufrir daño por exposición al sol sin protección es moderado. Se presenta en el Gráfico 33 el nivel de riesgo de color amarillo. • De 6 a 7: una lectura del índice UV de 6 a 7 indica un alto riesgo de sufrir daños por la exposición al sol sin la debida protección. Por lo tanto, se debe tomar medidas para proteger tanto la piel como los ojos y evitar sufrir daños. Se visualiza en el Gráfico 33 de color naranja. • De 8 a 10: El índice UV de 8 a 10 indica un alto riesgo de sufrir daños por la exposición al sol sin la protección adecuada. En este caso, es esencial 23 tomar medidas de protección para evitar el daño en la piel y los ojos. En el Gráfico 33 está representado el nivel de riesgo de color rojo. • De 11 o más: Una lectura del índice UV de 11 o más indica un riesgo extremo de sufrir daños por la exposición al sol sin la debida protección. Es crucial tomar medidas de protección adecuadas para evitar el daño en la piel y los ojos en este caso. Se visualiza el nivel de riesgo en el Gráfico 33 de color morado. Gráfico 3 Índice UV Elaborado por: Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos Fuente: https://espanol.epa.gov/espanol/escala-del-indice-uv Situación Conflicto Nudos Críticos El peligro de la radiación solar debido a los contaminantes que han generado un daño a la capa de ozono, responsable de disminuir la radiación ultravioleta receptadas por las personas, al existir contacto directo influye en lesiones dermatológicas, con consecuencias graves o en algunos casos mortales, después de haber sufrido un proceso de deterioro en la piel. Los rangos de índice UV previamente detallados dan una visión general de los niveles de riesgo a los que se expone el ser humano. Sin embargo, hay que destacar que no a todos los seres humanos nos afecta de la misma manera, los más jóvenes son los más propensos a sufrir daño por radiación solar debido a que su sistema de defensa natural todavía no ha alcanzado su edad adulta, lo que hace que la acumulación del daño sea más intensa en esta etapa. Además,cada individuo tiene una afectación distinta dependiendo del fototipo de piel, como se puede visualizar en el Cuadro 1. https://espanol.epa.gov/espanol/escala-del-indice-uv 24 Cuadro 1 Fototipos cutáneos según Fitzpatrick FOTOTIPO TONO DE PIEL DESCRIPCIÓN I Muy sensible al sol, se queman con facilidad Piel muy clara, piel rosada, cabello rubio o rojo, ojos claro II Sensible al sol, se queman y se broncean con dificultad Piel clara, cabello rubio o castaño claro, ojos claros III Intermedio, se broncean con facilidad Piel morena, cabello castaño, ojos oscuros IV Resistente al sol, se broncean con facilidad y raramente se queman Piel morena oscura, cabello castaño oscuro, ojos oscuros V Muy resistente al sol, se broncean fácilmente y casi nunca se queman. Piel oscura, cabello negro, ojos oscuros VI Extremadamente resistente al sol, nunca se queman Piel muy oscura, cabello negro, ojos oscuros Elaborado por: Skin Inc. Fuente: https://www.skininc.com/science/physiology/article/21882228/the- fitzpatrick-skin-type-classification-scale Debido a lo previamente mencionado, a continuación, se muestra el Cuadro 2 con la carga horaria de la asignatura de educación física que se realiza en el patio de la institución Demetrio Aguilera Malta que actualmente se encuentra sin techado, en el horario comprendido entre las 7:10 y las 13:00. Cuadro 2 Horario de educación física en la institución educativa CARGA HORARIA 2022 - 2023 HORA LUNES MARTES MIÉRCOLES JUEVES VIERNES 1 07:10 – 07:50 EF 7MO EF 6TO EF 6TO EF 7MO EF 6TO 2 07:50 – 08:30 EF 5TO EF 10MO EF 8VO B EF 9NO EF 8VO A 3 08:30 – 09:10 EF 7MO EF 6TO EF 2BGU EF 10MO 4 09:10 – 09:50 EF 10MO EF 8VO B EF 8VO B 5 09:50 – 10:20 EF 8VO A EF 8VO A EF 5TO EF 7MO EF 5TO 10:20 – 11:00 R E CR E O 6 11:00 – 11:40 EF 9NO EF 8VO A EF 5TO EF 1BGU 7 11:40 – 12:20 EF 2BGU EF 1BGU EF 6TO EF 10MO 8 12:20 – 13:00 EF 5TO EF 7MO EF 8VO B EF 9NO EF 9NO Elaborado por: Paul Arias y Adrian Garboa Fuente: Datos de investigación Se puede ver que el horario de educación física está distribuido durante todo el día, tomando en cuenta únicamente la disponibilidad docente que imparte la materia. Sin embargo, se debe tener presente que, durante estos horarios, los estudiantes están expuestos a los rayos del sol durante las actividades físicas. 25 A continuación, se muestra el Cuadro 3 rango de edades según el nivel educativo que están cursando. Cuadro 3 Rango de edades según el nivel educativo Curso Rango de edad 1 GBU (General Básica unificada) De 4 a 6 años 2 GBU (General Básica unificada) De 6 a 7 años 3 GBU (General Básica unificada) De 7 a 8 años 4 GBU (General Básica unificada) De 8 a 9 años 5 GBU (General Básica unificada) De 9 a 10 años 6 GBU (General Básica unificada) De 10 a 11 años 7 GBU (General Básica unificada) De 11 a 12 años 8 GBU (General Básica unificada) De 12 a 13 años 9 GBU (General Básica unificada) De 13 a 14 años 10 GBU (General Básica unificada) De 14 a 15 años 1 BGU (Bachillerato General unificado) De 15 a 16 años 2 BGU (Bachillerato General unificado) De 16 a 17 años Elaborado por: Paul Arias y Adrian Garboa Fuente: Datos de investigación En el ámbito escolar, la protección de los estudiantes frente a los riesgos asociados a la exposición solar es una cuestión de gran importancia. Las actividades realizadas en el patio de la institución, tales como la educación física, los eventos cívicos y las recreativas, representan un componente fundamental de la formación escolar integral. Por lo tanto, resulta fundamental garantizar que dichas actividades se lleven a cabo de manera segura y saludable para todos los estudiantes. Teniendo en cuenta lo anterior, se hace necesario implementar medidas efectivas para proteger a los estudiantes de la exposición solar durante su permanencia en el patio de la institución. En el año 2020 el Ministerio de Educación del Ecuador mediante sus redes sociales, presentó a conocimiento público disposiciones generales para la protección de los estudiantes frente a una prolongada exposición al sol, tal como se muestra en el Gráfico 44. 26 Elaborado por: Ministerio de Educación del Ecuador Fuente: https://twitter.com/Educacion_Ec/status/1217150187749113858 Según un artículo en el sitio web Mejor con Salud dice que: Para cuidar nuestra piel, se recomienda evitar la exposición al sol durante las horas del mediodía y tomarlo antes de las 10:00 o después de las 16:00 horas. Cabe destacar que la radiación UV del sol es igualmente perjudicial en días nublados, ya que las radiaciones ultravioletas traspasan las nubes, llegando hasta nosotros y pudiendo causar quemaduras en la piel o, a largo plazo, cáncer de piel. Es importante tener en cuenta que el 90% de los rayos UVA llegan a nuestra piel incluso en días nublados. (Martínez Blasco, 2018) Causas y Consecuencias del Problema Las causas y consecuencias del problema que se consideran para poder abordar la problemática que se encuentra plasmada en el Cuadro 4 detallando los factores que intervienen, de manera que se pueda visualizar, organizar y sistematizar la información relacionada con el problema. A continuación, el detalle completo de causas y consecuencias del problema. Gráfico 4 Índice UV, horario y tiempo de exposición 27 Cuadro 4 Causas y consecuencias del problema Elaborado por: Paul Arias y Adrian Garboa Fuente: Datos de investigación Delimitación del Problema La delimitación del problema nos ayuda a reducir nuestra pregunta original a dimensiones más prácticas, dentro de las cuales podemos llevar a cabo los estudios pertinentes. Es decir, delimitar un tema implica enfocar nuestros intereses en términos concretos, establecer sus alcances y determinar sus límites, tal como se muestra en el Cuadro 5. Cuadro 5 Delimitación del problema Elaborado por: Paul Arias y Adrian Garboa Fuente: Datos de investigación Causas Consecuencias Desconocimiento del origen de enfermedades a la piel debido a la incidencia de parámetros ambientales. Desarrollo de enfermedades o afecciones a la salud en niños o adolescentes, inclusive de personal docente y administrativo. Falta mecanismos efectivos para el monitoreo de parámetros ambientales. Gestión no adecuada de las actividades realizadas bajo la exposición a los rayos UV. Falta de un plan de acción integral. Toma de decisiones pertinentes para el cuidado de la salud de los estudiantes ante la exposición de rayos UV Campo Sistemas de información, seguridad, arquitectura de redes y software. Área Tecnologías, procesos y desarrollo industrial. Aspecto Implementación de un prototipo basado en WSN para la monitorización de parámetros ambientales. Tema Implementación de un prototipo basado en WSN para la monitorización de parámetros ambientales, con el fin de prevenir afecciones en la piel debido a la exposición al sol dentro de la escuela Demetrio Aguilera Malta. 28 Formulación del Problema ¿En qué medida aportaría la implementación de un prototipo basado en WSN para la monitorización de parámetros ambientales con el fin de prevenir afecciones en la piel debido a la exposición al sol dentro de la institución educativa Demetrio Aguilera Malta? Evaluación del Problema Delimitado: La propuesta tecnológica se implementará en la institución educativa Demetrio Aguilera Malta ubicada en el Cantón Duran de la provincia del Guayas. Claro: La implementación del prototipo basado en WSN usara tecnología Open Source y del Internet de las Cosas para monitorización los índices de radiación solar en la institución educativa Demetrio Aguilera Malta con el fin de prevenir afecciones en la piel debido a la exposición al sol. Evidente: La unidad educativa Demetrio Aguilera Maltano cuenta con un sistema que monitorice los parámetros ambientales respecto a los índices de radiación ultravioletas por lo que su implementación de forma local es necesaria e importante para el cuidado de salud de los niños y adolescentes. Concreto: El prototipo basado en el despliegue de WSN recolectara datos que serán visualizados en la plataforma Open Source de Ubidots, la cual tendrá un acceso abierto a las autoridades de la unidad educativa Demetrio Aguilera Malta para la respectiva toma de decisiones acorde a los datos mostrados por el sistema. Relevante: Contar con un sistema de monitorización de los rayos UV de forma local dentro de la institución Demetrio Aguilera Malta es de relevancia porque de esta manera se podrán tomar decisiones para el cuidado de la salud de los estudiantes. Factible: La implementación del prototipo es posible ya que en el mercado se encuentran disponibles microcontroladores, placa de desarrollo, sensores y plataformas en la nube para la culminación del proyecto de titulación. 29 Objetivos Objetivo General Implementar un sistema de monitoreo de radiación solar mediante el cual se permita desarrollar medidas de prevención contra afecciones en la piel producidas por la exposición al sol en la institución educativa Demetrio Aguilera Malta. Objetivos Específicos • Identificar los riesgos de salud que se expone el personal a cambios ambientales. • Analizar el registro ambiental de los sensores, teniendo un control del riesgo al que está expuesto del personal. • Diseñar el esquema arquitectónico para la ubicación del prototipo. • Implementar al menos 2 medidas de prevención contra afecciones en la piel. • Evaluar la efectividad del prototipo como un apoyo adicional para los profesionales de la salud en el campo de la dermatología. Alcances del Problema El presente proyecto de titulación abordará la implementación de un prototipo basado en Wireless Sensor Network (WSN) que monitoree variables de rayos ultravioletas para ser visualizadas en un dashboard en la plataforma de Ubidots la cual es accesible para autoridades encargadas de la institución educativa, docentes y personal administrativo que permitirá tomar medidas preventivas según sea el caso, además de ser multiplataforma facilitando a las autoridades competentes de la institución tomar las decisiones respectivas para preservar la salud de sus estudiantes. El desarrollo de las medidas de prevención será gracias a los datos recabados por un prototipo que se implementará en el centro educativo Demetrio Aguilera Malta teniendo un alcance físico de 360 metros cuadrados correspondientes al patio de la institución, se usará tecnología Open Source, una plataforma IoT (Internet of 30 Thing) de acceso gratuito y placas de desarrollos de bajo coste en donde se contará con una estación de monitoreo en la plataforma Ubidots antes mencionada. Se llevará a cabo el desarrollo de los planes estratégicos correspondientes, basados en las sugerencias de los expertos en dermatología en cuanto a la información brindada por la propuesta tecnológica. Estos planes serán entregados a la institución educativa para su implementación según dispongan las autoridades del plantel. La intención es asegurarse de que los planes estratégicos sean relevantes y efectivos, y que se ajusten a las necesidades y demandas del plantel. Además, se considerarán las opiniones y recomendaciones de los profesionales de la salud para garantizar que los planes sean seguros y eficaces para todos los estudiantes. Justificación e Importancia A lo largo de los años se han realizado diversos estudios que han permitido conocer las incidencias de la radiación emitida por el sol y se ha descubierto que es perjudicial para el ser humano si se somete a una exposición prolongada. A continuación, se presentan artículos periodísticos que respaldan la presencia de esta problemática: • (El Universo, 2017) menciona que la agencia Espacial Civil Ecuatoriana informo sobre el elevado índice de radiación solar en la ciudad del puerto Principal de la ciudad de Guayaquil el martes 10 de octubre del 2017, los niveles fueron tan alto que dentro de la escala de índices UV estos alcanzaron un índice de 11 considerados como peligrosos para los seres humanos. • (El Comercio, 2018) explica que los horarios comprendidos entre las 10:00 y las 16:00 es donde hay mayor incidencia de niveles altos de radiación solar, esto genera preocupación en los padres de familia ya que sus hijos suelen exponerse a esta variable ambiental en horarios de recreo o clases de Educación Física. Juan Francisco Barzallo jefe de la Unidad Dermatológica del hospital del IESS expresa que hay actividades que no 31 deben desarrollarse entre las 12:00 y 14:00 ya que en estos horarios los índices de rayos UV son más fuertes y peligrosos para la salud de la piel. • (El Comercio, 2020) informa que cuando los índices de radiación ultravioleta se encuentren oscilando los valores de 8 es importante que las autoridades del colegio informen a sus docentes que no se realicen actividades de cualquier índole en patios o lugares al aire libre donde los estudiantes estén expuestos al Sol, lo recomendable es que se las realizan dentro de las aulas o en lugares cubiertos por sombras naturales. El Ministerio de Educación ha hecho énfasis mediante el acuerdo Ministerial 098-A el 10 de octubre del 2018 en el cuidado de la salud de los estudiantes ante esta variable ambiental la cual tiene consecuencias graves si se expone de forma prolongada. • (El Comercio, 2022) informo que el 4 de octubre del 2022 el INAMHI reporto que los niveles de rayos ultravioletas UV estuvieron entre rangos moderados y altos en Ecuador, en zonas como la Sierra al medio día los rangos estuvieron altos, mientras que en ciudades como Cuenca hubo niveles altos de radiación y en la región de la Amazonia los niveles estuvieron entre altos y muy altos. • (Ecuavisa, 2022) dice que el 4 de abril del 2022 la ciudad de Quito amaneció con una temperatura entre los 23 ºC y los 32 ºC advirtiendo también la incidencia de elevados niveles de radiación, en la región Insular los niveles de UV se mantendrían entre moderado y alto, mientras que en la región Costa estos serían de altos a muy altos por lo que se recomendó el uso de protector solar y sombrillas por parte del INAMHI. Como se puede apreciar, no es suficiente la información expuesta en instituciones meteorológicas como el INAMHI ya que los sistemas usados miden la radiación solar a escala nacional y se emplean sensores para un registro preciso según ángulos y nivel de posición lo cual varia en gran medida en otros sectores, de este modo, la implementación de esta propuesta tecnológica en el plantel educativo Demetrio Aguilera Malta monitoreara los niveles de radiación ultravioleta en esta institución educativa de forma local. El prototipo servirá como un apoyo adicional 32 para tomar medidas por parte de profesionales de la salud de dermatología y cuidado de la salud. Metodología del Proyecto En el presente proyecto de titulación se utilizará la metodología PPDIOO, la cual es muy utilizada para la elaboración de proyectos ante la flexibilidad que ofrece para los distintos cambios, la disponibilidad y escalabilidad de la arquitectura de prototipos, además de que se adapta al enfoque del proyecto desde la planeación hasta la optimización de este, a continuación, se explica brevemente cada una de sus fases: • Preparación: En la etapa de preparación se analizan las tecnologías, la factibilidad económica y operación de las tecnologías que pueden usarse para la implementación del prototipo. • Planeación: Esta es la etapa previa al diseño del prototipo en donde se analiza el contexto y la ubicación geográfica que abarca el prototipo. • Diseño:Esta etapa comprende la elaboración de la arquitectura a nivel de hardware y de software. • Implementación: En esta etapa se ensamblarán cada uno de los componentes tecnológicos para su respectiva instalación en la unidad educativa Demetrio Aguilera Malta. • Operación: En esta etapa se realiza un seguimiento de la implementación y se realiza la corrección de errores. • Optimización: La etapa de optimización incluye las correcciones a nivel de software y hardware, así como de su respectivo mantenimiento. 33 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO Antecedentes del estudio En el tiempo actual los prototipos con sensores inalámbricos para el monitoreo ambiental tienen sus raíces en el campo de la telemetría inalámbrica, el cual se ocupa de la transmisión de datos a distancia sin necesidad de conexiones físicas. Esta tecnología se ha utilizado desde hace décadas en diversas aplicaciones, como el monitoreo de sistemas industriales y el seguimiento de animales en la naturaleza. En el contexto ambiental, los sensores inalámbricos han permitido la creación de redes de monitoreo de parámetros como el clima, la calidad del aire y el agua, así como el suelo. En el siguiente artículo científico se afirma que: Para llevar a cabo el diseño de la red, se estableció el escenario de monitoreo basado en la concentración de actividad socioeconómica en la ciudad. Posteriormente, se procedió a la sectorización del centro de la ciudad para identificar los principales focos de emisión de CO2 y niveles de ruido. Una simulación se realizó a través del software Riverbeb Modeler para determinar parámetros como la velocidad de transmisión, el retardo y los paquetes recibidos de la tecnología seleccionada. El aumento de los inconvenientes que alteran el estilo de vida de los habitantes, en particular el ruido y la contaminación del aire en el centro de la ciudad, donde se encuentran la mayoría de los servicios públicos y privados en un área limitada de calles estrechas, es un problema importante. Se debe tener en cuenta que el ruido generado por los vehículos y otros servicios públicos puede tener un gran impacto en la salud de las personas, y cuando se combinan, pueden aumentar significativamente su impacto negativo en la calidad de vida de los residentes del área. (Ordoñez Mendieta & Garrochamba, 2019, págs. 20-21) 34 En la ciudad de Quevedo se realizó un artículo científico en una revista académica en la cual se menciona: El objetivo de este estudio es el diseño de un sistema de monitoreo de gases contaminantes en espacios cerrados que permita al jefe de hogar tomar decisiones informadas. Para lograr este propósito, se propone el uso de una red de sensores basada en Arduino para detectar la presencia de gases contaminantes, los cuales se enviarán a la aplicación móvil Blynk para generar alertas y reportes útiles en la toma de medidas preventivas. (Erazo Moreta, Santana Sornoza, Vera Alarcón, & Ovieda Bayas, 2020) El artículo anteriormente mencionado presenta similitudes con el proyecto que se va a implementar en cuanto a su capacidad de proporcionar datos en tiempo real. Ambos proyectos se basan en un sistema de comunicaciones inalámbricas gratuitas para cualquier usuario interno o externo que desee acceder a la información. Además, ambos proyectos tienen como objetivo la implementación de medidas preventivas en función del nivel de gravedad de los datos recolectados. No obstante, nuestro proyecto se enfocará en el uso de tecnología de sensores avanzados y análisis de datos para recopilar información ambiental precisa y detallada en tiempo real, y proporcionar una interfaz de usuario amigable para visualizar y utilizar esta información en la toma de decisiones preventivas. En Guayaquil se realizó un proyecto con una temática relacionada a monitoreo de parámetros ambientales, que fue publicado por la revista Ingenius de la Universidad Politécnica Salesiana del Ecuador su objetivo fue: Implementar un sistema que se encargue de registrar cada determinado tiempo en un servidor ubicado en la nube el valor de concentración de CO2 en el ambiente de distintos puntos de un hospital. Se basaron en diferentes sensores que permitan medir la concentración de CO2 en el aire y de los datos obtenidos se usará como guía en los formatos usados para poder aplicarlos en el monitoreo de la escuela, teniendo en común la prevención de riesgos en la salud. (Vega Luna, Lagos Acosta, & Salgado Guzmán, 2017) 35 Existen un estudio realizado referentes a la implementación de prototipos de monitoreo en la medición de rayos ultravioleta, en la cuál se menciona la importancia de conocer los datos de índice UV: Es importante conocer la cantidad de radiación solar ultravioleta (UV) y la señal visual de color para poder tomar las medidas necesarias y prevenir el envejecimiento prematuro de la piel y las enfermedades oculares. Cuando se es consciente de estos factores, se pueden tomar decisiones informadas sobre el uso de protector solar, la ropa y las gafas adecuadas, y limitar la exposición al sol en momentos de alta radiación. Si se consideran estos aspectos, se pueden disminuir los riesgos asociados con la exposición prolongada a la radiación solar y proteger la salud a largo plazo de la piel y los ojos. (Zúñiga Miranda & Granda Luces, 2019) En el trabajo previamente mencionado, se destaca la importancia de conocer la cantidad de radiación solar ultravioleta y su impacto en la piel, con el fin de prevenir el envejecimiento prematuro de la piel y las enfermedades oculares. Al considerar estos aspectos, se pueden reducir los riesgos asociados con la exposición prolongada a la radiación solar y proteger la salud a largo plazo de la piel. Fundamentación Teórica Radiación Solar Según lo dicho en un artículo especial realizado en un hospital de España: La energía solar es esencial para la vida en la Tierra, pero la radiación solar también puede tener efectos perjudiciales en la salud humana. La exposición prolongada al sol puede provocar una serie de problemas de salud, como quemaduras solares, fotosensibilidad, fotodermatosis, inmunodepresión, fotoenvejecimiento y fotocarcinogénesis, siendo el cáncer de piel el tipo más común en todo el mundo. Solo una pequeña parte del espectro de radiación electromagnética del sol llega a la superficie terrestre, con los rayos UVA y UVB representando solo una fracción de la radiación total. La mayor parte de la radiación es infrarroja y, cada vez más, la luz visible, especialmente la luz azul presente en 36 dispositivos electrónicos está ganando importancia en términos de exposición a la radiación solar. (Garnacho Saucedo, Salido Vallejo, & Moreno Giménez, 2020) Radiación Ultravioleta (RUV) En el mismo artículo previamente mencionado se dice: La radiación ultravioleta (RUV) presente en la luz solar se compone de tres tipos diferentes: UVA, UVB y UVC, según su longitud de onda. Sin embargo, debido a que la capa de ozono en la estratosfera bloquea la radiación UVC y las longitudes de onda inferiores a 295 nm, las principales RUV que llegan a la superficie terrestre son UVA y UVB. La energía de estas radiaciones puede ser muy elevada, alcanzando entre el 5-10% de la RUV que llega a la superficie. Aunque la UVA no penetra tan profundamente como la UVB, representa la mayor parte de la RUV que llega a la piel. La UVA se divide en dos tipos, UVA corta y UVA larga, que no se filtran por el cristal y se ven afectadas por factores ambientales y climáticos. La intensidad de la radiación se mide utilizando el Índice de Radiación Ultravioleta (UVI), que puede consultarse en la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) o mediante aplicaciones móviles como UVI Mate, que también proporcionan información sobre las posibles consecuencias de las quemaduras solares y alertas para reaplicarla protección solar. (Garnacho Saucedo, Salido Vallejo, & Moreno Giménez, 2020) Cáncer a la piel El cáncer de piel es un tipo de cáncer que se desarrolla en las células de la piel. Es el tipo más común de cáncer en los Estados Unidos y en muchos otros países. Este tipo de cáncer puede aparecer en cualquier parte del cuerpo, aunque es más común en áreas que han estado expuestas al sol, como el cuello, la cara y el escote. Los tipos de cáncer de piel incluyen el carcinoma de células basales, el carcinoma de células escamosas y el melanoma. Los factores de riesgo son la 37 exposición prolongada y acumulativa al sol, la historia familiar de cáncer de piel y la piel clara. Los síntomas incluyen la aparición de una nueva protuberancia, un cambio en el color de la piel y un cambio en el tamaño o forma de un lunar existente. Es importante detectar y tratar el cáncer de piel en sus etapas tempranas para maximizar las posibilidades de éxito del tratamiento. El cáncer de piel es uno de los tipos de cáncer más común, y se estima que el riesgo de desarrollarlo aumenta de 1 a 5 durante toda la vida. Este padecimiento corresponde a un grupo heterogéneo de cáncer que incluye: el melanoma cutáneo y el cáncer de piel no melanoma (CPNM), los cuales afectan predominantemente a pacientes mayores de 65 años. El cáncer de piel es la neoplasia maligna más común a nivel mundial y su incidencia ha aumentado considerablemente en las últimas décadas. En los Estados Unidos se registran anualmente más de dos millones de casos de cáncer de piel. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), la incidencia de esta afección se ha triplicado en las últimas dos décadas. (Molina Linares, y otros, 2020) Las personas de piel oscura también pueden desarrollar cáncer de piel, aunque es menos común que en las personas de piel clara. Sin embargo, cuando las personas de piel oscura desarrollan cáncer de piel, suele ser más agresivo y tiene una mayor probabilidad de propagarse a otras partes del cuerpo. A menudo se presenta en formas diferentes de cáncer de piel que no se ven tan comúnmente en personas de piel clara, como el melanoma acral lentiginoso o el melanoma mucocutáneo, que se desarrollan en las partes del cuerpo menos expuestas al sol. Es importante que las personas de piel oscura también se hagan exámenes regulares de piel para detectar cualquier cambio o anomalía en la piel, así como usar medidas de protección contra el sol. A menudo, los melanomas en personas de piel oscura pueden ser de color marrón o negro y pueden no tener los característicos "siete signos" que se buscan en melanomas en personas de piel clara, lo cual puede dificultar su detección temprana. Aunque es común creer que solo las personas con piel clara pueden padecer cáncer de piel, este tipo de cáncer puede afectar a cualquier persona sin importar su tono de piel. Esta creencia puede ser peligrosa ya que puede retrasar el diagnóstico. La piel está compuesta por tres capas 38 principales: la epidermis, la dermis y la grasa subcutánea. Los melanocitos son células presentes en la epidermis que producen melanina, el pigmento responsable del color de la piel, los ojos y el cabello. (Skin Cancer Foundation, 2019) En cuanto a las neoplasias cutáneas, se ha observado que son más comunes en pacientes de piel blanca y ojos claros. Dentro de los diferentes fototipos cutáneos, el tipo I se caracteriza por ser propenso a quemaduras, pero no a la pigmentación, mientras que el tipo III es propenso a la pigmentación y ocasionalmente a quemaduras. Los hombres tienen mayor incidencia y estas lesiones tienden a aparecer a partir de la cuarta década de vida. Las fotodermatosis son causadas por una reacción anómala al sol, fuentes artificiales de luz y radiación ultravioleta. Se pueden clasificar en idiopáticas, fototóxicas, fotoalérgicas y secundarias. (Molina Linares, y otros, 2020) El melanoma es un tipo de cáncer de piel que se origina en las células pigmentadas (melanocitos) de la piel. Es el tipo de cáncer de piel más peligroso y, si no se detecta y trata tempranamente, puede propagarse a otros órganos del cuerpo. El melanoma se desarrolla con mayor frecuencia en personas con piel clara y tiene una mayor tasa de incidencia en países con poblaciones de piel clara, especialmente en aquellos con altos índices de radiación ultravioleta. Según (Alvarado, 2019) afirma que: “Australia y Nueva Zelanda tienen las tasas más elevadas de melanoma maligno cutáneo, seguidas por América del Norte y Europa del Norte.” Según (American Cancer Society) para el año 2022 se estima que en los Estados Unidos: • Se diagnosticarán cerca de 99,780 nuevos casos de melanoma, con una mayor incidencia en hombres (57,180 casos) que en mujeres (42,600 casos). • Se espera que alrededor de 7,650 personas fallezcan debido al melanoma, siendo la tasa de mortalidad más alta en hombres (5,080) que en mujeres (2,570). 39 Hay varias formas en las que el cáncer benigno de la piel puede presentarse físicamente. A menudo se pueden ver en diferentes partes del cuerpo, como se ilustra en el ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.5. Elaborado por: L. Jaime Calva, H. Castillejos Fernández, A. Franco Arcega, P. Miranda Romagnoli, O. Pérez Cortéz Fuente: https://repository.uaeh.edu.mx/revistas/index.php/icbi/article/view/9029/9330 También existen formas en la que el cáncer maligno de la piel se hace presente físicamente. A continuación, se puede ver algunos ejemplos en el Gráfico 66. Elaborado por: L. Jaime Calva, H. Castillejos Fernández, A. Franco Arcega, P. Miranda Romagnoli, O. Pérez Cortéz Fuente: https://repository.uaeh.edu.mx/revistas/index.php/icbi/article/view/9029/9330 Gráfico 6 Imágenes de clase maligna Gráfico 5 Imágenes de clase benigna 40 Cáncer a la piel no melanoma El cáncer de la piel no melanoma es un tipo de cáncer que se forma en la piel, pero no se origina en las células pigmentadas (melanocitos) que dan color a la piel. Existen dos tipos principales de cáncer de piel no melanoma: el carcinoma basocelular (CBC) y el carcinoma espinocelular (CEC). El CBC es el más común y se desarrolla en las células basales, las células que se encuentran en la capa más profunda de la piel. El CEC es menos común y se desarrolla en las células escamosas, que se encuentran en la capa superior de la piel. El cáncer de piel no melanoma es menos agresivo que el melanoma y suele afectar a personas mayores de 50 años, especialmente a aquellas con piel clara y antecedentes de exposición solar. El carcinoma basocelular y el carcinoma espinocelular son los tipos de cáncer de piel más prevalentes a nivel global, siendo el primero el responsable del 80% de los casos. Ambas neoplasias comparten factores de riesgo, incluyendo la exposición a la radiación ultravioleta, los fototipos de piel clara, la edad avanzada, la exposición crónica a ciertos agentes, la inmunosupresión y algunas mutaciones genéticas. La causa principal del cáncer de piel es la radiación UVB, que induce mutaciones en el ADN y afecta la vía Hedgehog, lo que a su vez activa la replicación de células pluripotenciales en la epidermis. Además, las mutaciones en otros genes como RAS y el gen supresor de tumores p53 también son factores importantes en la patogénesis de estos tumores. (Telich Tarriba, Monter Plata, Baldín, & Apellaniz Campo, 2017) Carcinoma basocelular El carcinoma basocelular (CBC) es el tipo de cáncer de piel más frecuente en los Estados Unidos, con aproximadamente 2.8 millones de casos nuevos reportados anualmente. Se presenta predominantemente en hombres mayores de 40 años, aunque también afecta a mujeres. A pesar de que tiene bajo potencial metastásico y un crecimiento lento, es invasivo y destructivo localmente, y se origina a partir
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