TRABAJO DE GRADO ANDREYNA GUEVARA
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i
ii
UNIVERSIDAD YACAMBÚ VICERRECTORADO ACADÉMICO
FACULTAD DE INGENIERÍA
BOMBA DE INFUSIÓN MULTIDOSIS PROGRAMADA EN EL TIEMPO
Autor: Andreyna E. Guevara. Tutor: Ing. Álvaro Sandoval
Cabudare, Abril del 2010
iii
UNIVERSIDAD YACAMBÚ VICERRECTORADO ACADÉMICO
FACULTAD DE INGENIERÍA
BOMBA DE INFUSIÓN MULTIDOSIS PROGRAMADA EN EL TIEMPO
Trabajo presentado como requisito parcial para optar al Grado de
Ingeniero Electrónico en Computación
Autor: Andreyna E. Guevara.
Tutor: Ing. Álvaro Sandoval.
Cabudare, Abril del 2010
iii
ACTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi carácter de Asesor Académico del Trabajo de Grado titulado
BOMBA DE INFUSIÓN MULTIDOSIS PROGRAMADA EN EL TIEMPO
presentado por la ciudadana Andreyna E. Guevara C.I. V-17.278.616,
para optar al título de Ingeniero Electrónico en Computación, considero
que el mismo reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometidos
a la presentación pública y evaluación por parte del jurado examinador
que se designe.
En la ciudad de Cabudare a los nueve días del mes de abril del dos
mil diez
____________________________ Ing. Álvaro Sandoval
C.I:8.939.304
iv
DEDICATORIA
A Dios y la Virgen Divina Pastora por guiar siempre mis pasos, darme
salud y sobre todo darme sabiduría en todas las metas propuestas.
A mis padres, ejemplos de constancia y dedicación.
A mi familia que en todo momento me han apoyado.
A mis amigos por el apoyo, comprensión, paciencia y estar siempre a
mi lado.
A todos aquellos que tuvieron fe en mi.
Con todo mi amor
Andreyna Guevara
v
AGRADECIMIENTO
A Dios y a la Virgen Divina Pastora por acompañarme en todo
momento y lograr exitosamente mis metas.
A mis padres por el gran apoyo brindado, su ayuda incondicional y
estar presentes.
Al Ing. German Vargas por haberme brindado la gran idea para el
diseño de este proyecto.
Al Ing. Álvaro Sandoval, Tutor Académico, por todo el apoyo brindado
al momento de la realización de este proyecto.
Al Ing. Juan Hernández por su enseñanza y apoyo en la realización de
esta tesis.
A los Profesores que colaboraron con sus conocimientos, paciencia y
esfuerzo a culminar esta etapa académica.
Y a todas aquellas personas que de alguna forma han contribuido con
la realización de esta tesis.
A todos, muchas gracias
Andreyna Guevara
vi
ÍNDICE GENERAL
pp.
ACTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR……………………………………..iv
DEDICATORIA…………………………………………………………………..v
AGRADECIMIENTO……………………………………………………………vi
INDICE GENERAL……………………………………………………………..vii
LISTA DE GRAFICOS…………………………………………………………ix
LISTA DE CUADROS……………………………………………………….....xi
RESUMEN………………………………………………………………………xii
INTRODUCIÓN………………………………………………………………….1
OBJETIVOS……………………………………………………………………..4
ESTUDIOS PREVIOS…………………………………………………………..5
REVISIÓN DOCUMENTAL Y ELÉCTRONICA……………………………...7
Bomba de Infusión…………………………………………………………..7
Bomba de Infusión Multidosis…………………………………………….10
Microcontrolador……………………………………………………………13
Pantalla de cristal líquido (LCD)…………………………………….........16
Pulsadores…………………………………………………………………..18
Sensor……………………………………………………………………….19
Sensor de Efecto Hall……………………………………………………...20
Fototransistor……………………………………………………………….22
Motores eléctricos………………………………………………………….24
Cigüeñal……………………………………………………………………..27
DESARROLLO DEL TRABAJO……………………………………………..35
Módulo de alimentación……………………………………………………37
Módulo de control…………………………………………………………..39
Módulo de visualización y selección……………………………………..42
Módulo de motores…………………………………………………………44
vii
Módulo de sensores………………………………………………………..46
Módulo de alarmas…………………………………………………………49
Módulo de software………………………………………………………...51
Costo del sistema…………………………………………………………..53
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……………………………….55
Conclusiones………………………………………………………………..55
Recomendaciones………………………………………………………….56
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS………………………………………...57
ANEXOS
Anexo A. Manual del Usuario……………………………………………..60
Anexo B. Manual de Mantenimiento……………………………………..65
viii
LISTA DE GRÁFICOS
GRÁFICO pp.
1 Bomba de infusión……………………………………………………...7
2 Bomba Peristáltica…………………………………………………….10
3 Bomba tipo Cassete…………………………………………………..10
4 Bomba Multidosis……………………………………………………..11
5 PIC16F877……………………………………………………………..14
6 Pantalla de Cristal Líquido……………………………………………17
7 Pulsadores……………………………………………………………..18
8 Sensor de Efecto Hall…………………………………………………21
9 Fototransistor…………………………………………………………..23
10 Motores Eléctricos………………………………………………........24
11 Motor PAP…………………………………………………………......25
12 Motor PAP……………………………………………………………...26
13 Cigüeñal……………………………………………………………......27
14 Calibración……………………………………………………………..29
15 Cigüeñal………………………………………………………………..31
16 Cigüeñal………………………………………………………………..32
17 Diagrama de Bloque del Sistema……………………………………35
18 Diagrama Funcional del Equipo……………………………………..36
19 Sensores……………………………………………………………….36
20 Motor……………………………………………………………………37
21 Circuito Esquemático del Módulo de Alimentación………………..37
22 Circuito Esquemático del Módulo de Control………………………39
23 Módulo de Control Microcontrolador PIC 16f877………………….40
24 Circuito Esquemático del Módulo de Visualización y Selección…42
25 Módulo de Visualización y Selección……………………………….43
26 Circuito Esquemático del Módulo de Motores……………………..45
ix
27 Módulo de Motores……………………………………………………45
28 Circuito Esquemático del Módulo de Sensores……………………46
29 Circuito Esquemático del Sensor Puerta Abierta………………….47
30 Circuito Esquemático del Sensor Aire en Línea…………………...47
31 Circuito Esquemático del Sensor Oclusión…………………………48
32 Circuito Esquemático del Módulo de Alarmas……………………..50
33 Diagrama de flujo del Software de Bajo Nivel (Microcontrolador
PIC16F877)…………………………………………………………….52
34 Diagrama de flujo del Software de Bajo Nivel (Microcontrolador
PIC16F628A)…………………………………………………………..53
x
LISTA DE CUADROS
CUADRO pp.
1 Componentes Electrónicos del Módulo de Alimentación…………38
2 Pruebas y Resultados al Módulo de Alimentación………………...39
3 Componentes Electrónicos del Módulo de Control………………..40
4 Pruebas y Resultados al Módulo de Control……………………….40
5 Componentes Electrónicos del Módulo de Visualización y
Selección……………………………………………………………….43
6 Prueba y Resultado al Módulo de Visualización y Selección…….43
7 Componentes Electrónicos del Módulo de Motores…………….…45
8 Prueba y Resultado al Módulo de Motores…………………………45
9 Componentes Electrónicos del Módulo de Sensores……………..48
10 Prueba y Resultado al Módulo de Sensores……………………….48
11 Componentes Electrónicos del Módulo de Alarmas……………....50
12 Prueba y Resultado al Módulo de Alarmas………………………...51
13 Costo de los Diversos Módulos del Sistema……………………….54
xi
UNIVERSIDAD YACAMBÚ FACULTAD DE INGENIERÍA
BOMBA DE INFUSIÓN MULTIDOSIS PROGRAMADA EN EL TIEMPO
Autor: Andreyna E. Guevara. Tutor: Álvaro Sandoval. Fecha: Abril 2010.
RESUMEN
Este proyecto tiene como objetivo principal el diseño y construcción de una bomba de infusión multidosis, el cual permitirá suministrar medicamentos de forma precisa, dicho equipo cumplirá con las necesidades del médico, ya que esta bomba multidosis va hacer un equipo que a través de la programación regule la administración de medicamentos. Esta bomba va ser programada para: el flujo, señala la velocidad con que se administre la solución, el tiempo, indica el periodo en que se administrará el medicamento y el volumen señala la cantidad de solución a administrar. Se diseña una bomba de dos canales ya que hay áreas hospitalaria (UCI) donde el paciente requiere la administración de varios medicamentos de forma simultánea. La bomba presenta un segmento de bombeo a motor que facilita el bombeo peristáltico eficiente y adecuado de un fluido, proporcionando una regulación del flujo del medicamento y proporcionando una interfaz efectiva para sentir la presión en línea del fluido, cada canal es independiente uno del otro, por tal razón puede trabajar un canal mientras que el otro este sin funcionar o esperando la instrucción de multidosis. Esta bomba presenta una serie de alarmas las cuales son: aire en línea, oclusión y puerta abierta que permite al medico o enfermera atender de forma urgente ante cualquiera de estas alarma. Dicha bomba constará de seis (6) módulos de funcionamiento: módulo de alimentación, módulo de control de motores, moduló de control, módulo de visualización y selección, módulo de sensores y módulo de alarmas. Descriptores: Bomba, Infusión, Multidosis, Programación, Medicamentos, Flujo, Volumen, Tiempo
1
INTRODUCCIÓN
En el campo de la medicina se encuentran diversos tipos de pacientes,
que necesitan al ser hospitalizados el suministro de medicamentos vía
intravenosa, donde es importante la cautelosa dosificación del mismo de
acuerdo al estado general que presente, por esta razón es importante que
el médico realice un exhaustivo estudio para poder suministrarle la
dosificación necesaria y el volumen requerido a través de un dispositivo
que permita el control del flujo de suministro.
Actualmente, los avances en la ciencia, tanto a nivel de electrónica
(microprocesadores, programas de cómputo) y farmacología, han provisto
de un número creciente de productos farmacéuticos y sistemas de
infusión, que sirven para utilizar nuevas modalidades de tratamiento en
una forma más segura y más precisa para la administración de los
medicamentos utilizados.
Según el Dr. Muñoz (2002), cuando un paciente necesita control de las
soluciones que se le están administrando, se dice que se requiere un
“control estricto de ingreso de líquidos” y la manera más segura y sencilla
para hacer esto es utilizando una bomba de infusión, ya que en ella se fija
electrónicamente no sólo el volumen a administrar, sino también la
velocidad de infusión, de manera que el equipo garantiza mantener
constantes dichos parámetros, con gran seguridad para el paciente. Sin
embargo, el progreso que representa el que un aparato tenga la
capacidad de realizar tareas mecánicas supone ya un salto cualitativo
extraordinario, al liberar al hombre de la realización de una multitud de
pequeños actos.
Los sistemas (bombas) de infusión facilitan la administración
parenteral (intravenosa, subcutánea, intraperitoneal, intrarraquídea) de
drogas y soluciones, y son usadas donde es esencial la precisión. Son
también utilizadas por su capacidad de administrar medicamentos y
soluciones a altas presiones que no podrán ser alcanzadas con equipos
clipados manualmente o dependientes de gravedad. La gama de
situaciones clínicas donde han demostrado superioridad sobre los
2
métodos tradicionales es muy amplia, siendo sus principales campos: la
aplicación de inotrópicos intravenosos, soluciones de alimentación
parenteral y enteral, quimioterapia, analgésicos epidurales en forma
continua, administración de insulina subcutánea, y autotransfusión.
Estas características mecánicas que controlan el equipo deben ser lo
más precisas, exactas y lineales, ya que las soluciones o medicamentos
son infundidas a niños recién nacidos y las características de volumen,
velocidad y cantidad de flujo no son las mismas que para un adulto.
Una bomba de infusión multidosis es un equipo electromecánico que
permite la infusión controlada y precisa de varias soluciones a los
pacientes de servicios como hospitalización o unidad de cuidados
intensivos, de una manera segura y programada. Es usada donde la
precisión y un aporte constante de medicamentos son esenciales.
El prototipo de bomba de infusión multidosis se diseñará para la
dosificación precisa de soluciones. Este prototipo será especialmente
eficiente para el suministro de volúmenes en períodos largos con una
gran exactitud.
Las bombas de infusión y sus suministros son importados al país por
compañías multinacionales, los altos costos que éstos implican y su
creciente demanda hacen que clínicas y hospitales los adquieran por
medio de contratos de comodatos, que los comprometen a comprar
suministros sólo de estas multinacionales, a precios altos y lotes mínimos
requeridos.
Con base en la anterior problemática se diseñará un proyecto de
investigación cuyos objetivos se orientará al diseño y construcción del
prototipo de una Bomba de Infusión Multidosis, con la finalidad de
disminuir costos de adquisición para centros médicos.
La investigación permite establecer que en el país hay un mercado
potencial para la comercialización de bombas de infusión, ya que su
demanda en el ambiente hospitalario es alta y en la mayoría de los casos,
para las instituciones de salud, no se cubre.
3
En Venezuela (Periódico El Nacional) se esta viviendo una situación
difícil en la parte de la salud, especialmente en los Hospitales Públicos y
es allí donde es necesario tomar la iniciativa y comenzar a llevar a cabo
los diseños y construcciones de equipos médicos para cubrir las
necesidades que presenta la sociedad. De allí, la importancia de la
presente investigación, por lo que se pueden mencionar como alcances
relevantes el desarrollo de un software de bajo nivel para regular el flujo
continuo y el control de diferentes tipos de infusión al mismo tiempo, así
como también el desarrollo de una circuitería de alarmas auditivas y
visuales que avisarán el momento en que se presente una oclusión en la
vena del paciente, cuando se termine el volumen total de la solución a
infundir y la presencia de alguna burbuja en línea y así se obtendrá un
equipo flexible, específico y seguro, el cual se utilizará para la
aplicaciones de soluciones de diferentes cantidades de flujo.
Este prototipo se le podría realizar una serie de modificaciones para
ser utilizado en pacientes asmático, cuando requieran ser nebulizados.
Así como para otros tipos de aplicaciones en donde se requiere controlar
de manera precisa la dosificación de productos líquidos.
El equipo está limitado en su uso en cuanto la densidad (1ml/cm3) de
los líquidos a ser suministrado, será utilizada sólo por personas adultas,
ya que en adultos la resistencia al flujo es superior a la presente en un
neonato. En consecuencia la presión típica necesaria para mantener una
infusión adecuada en un neonato es inferior a la necesaria en un adulto.
En el caso de pacientes adultos los niveles de infusión deben de estar
dentro del rango de 5 a 250 ml/h caso contrario de los pacientes
neonatales que el rango de infusión esta de 0.1 a 99.9ml/h.
4
OBJETIVOS DEL ESTUDIO
General
Construir una bomba de infusión multidosis programable en el tiempo.
Específicos
Definir las variables involucradas en el suministro de medicamentos en
una bomba de infusión.
Diseñar un módulo de potencia para el control de motores implicados
en el fluido de las soluciones.
Diseñar la adecuación de sensores incluidos en la bomba de infusión.
Elaborar la relación de volumen contra tiempo para el flujo de la
bomba.
Elaborar un sistema para el suministro de las infusiones en función del
tiempo (cantidad de gotas x minutos).
Calcular el grado de precisión en el volumen y tiempo del dispositivo
de acuerdo a las soluciones que maneje.
Diseñar un tablero electrónico, el cual será la Interfaz hombre –
máquina, mediante el cual se dará inicio y funcionamiento del equipo
médico.
Elaborar manuales de usuario y mantenimiento para el adiestramiento
del personal y buen funcionamiento del equipo.
5
ESTUDIOS PREVIOS
.
En la actualidad, existen diferentes sistemas y equipos de control de
miles de procesos; la diversidad y complejidad de cada equipo radica en
su fabricante, esta investigación ayuda a conocer los puntos débiles y
fuertes de dichos sistemas y realizar mejoras. A continuación, se
presentan algunos proyectos y sus autores lo cual sirvieron de apoyo en
diferentes partes de este trabajo
Valero (2007), realizó el trabajo “Bomba de infusión de insulina
con un control inteligente basado en biosensores”, dicha bomba tuvo
un control difuso implementado en un microcontrolador PIC que tenía
como entradas el nivel de glucosa (glicemia), la frecuencia cardíaca y la
temperatura corporal del paciente que este utilizando el equipo. Las
referidas entradas fueron obtenidas a través de una termo resistencia y un
divisor de tensión en el caso de la temperatura corporal y para el caso de
las otras dos variables se adquirieron a través de una transmisión
inalámbrica que entrega los valores analizados de un sensor, basado en
la cantidad de luz que puede captar una foto resistencia proveniente de
un diodo de alta intensidad luego de haber atravesado el dedo del
paciente.
Con respecto a las funciones de membresía del controlador, estas se
cargan mediante un software de alto nivel realizado en Visual Basic 6.0,
que calcula los valores pertinentes de cada persona, así también la dosis
basal de insulina deseada para cada individuo, además, en este programa
se podrá almacenar un registro de las personas que han adquirido este
novedoso aparato. De esta investigación se desprende que el uso de una
interfaz hombre-máquina encargada de informarle al usuario cuanta
solución se ha administrado, la cantidad y la densidad, otorgando una
mayor confiabilidad y esta característica es utilizada en esta investigación.
Así mismo, Brugaletta (2005), trabajó con la “Construcción de una
bomba de infusión volumétrica”, la cual esta constituida por varias
fases para su definitiva implementación. Luego de la determinación de la
6
necesidad y análisis de la problemática vigente a nivel de usuarios, se
determinó que la puesta en práctica de este proyecto es sumamente
viable, toda vez que viene a constituir una solución inmediata a un
problema latente en todos los ámbitos. Se verificó la existencia de los
componentes que integran el equipo y se comprobó que es de relativa
facilidad de la obtención de los mismos en el mercado, se procedió a su
diseño y construcción. La Bomba de Infusión Volumétrica consta de
diversos módulos: módulos mecánicos, módulos de reloj de tiempo real,
visualización y control, módulos de alimentación, módulo de tecleado de
datos y una vez teniendo en él perfecto funcionamiento de éstos se llega
a la conformación del prototipo propuesto. De esta investigación se toma
la capacidad volumétrica que será muy importante para realizar una
bomba multidosis, capaz de administrar de forma segura, eficiente y
sencilla soluciones al paciente
De la misma manera, Medina (2004), hizo un diseño denominado
“Bomba de microinfusión por jeringa”, el cual tuvo por objeto el diseño
y construcción de una bomba de Infusión tipo Jeringa. El equipo está
dirigido a los entes hospitalarios y permite realizar automáticamente el
proceso de infusión de soluciones de baja densidad a los pacientes
neonatos. El sistema está conformado por un módulo de hardware
controlado por un microcontrolador 89C51, que se encarga de vigilar los
diferentes módulos de la bomba así, como también inspecciona las
actividades de alarmas en caso de presentarse una falla inesperada
Posee un sistema mecánico que determina el movimiento del émbolo de
la jeringa, este equipo es capaz de administrar de manera segura y
programada por vía venosa un volumen determinado de solución cuyos
parámetros son fijados electrónicamente para la infusión. Con esto se
percibe, los beneficios de las bombas de microinfusión, ocasionando así
un proceso más eficiente y en menor tiempo, generando seguridad y
comodidad al paciente
Estos estudios servirán como aporte para la construcción de los
diferentes módulos de la bomba de infusión multidosis, ya que permitirán
7
determinar el grado de precisión y exactitud que se debe tener en cuenta
en la construcción de un equipo médico de este tipo.
REVISIÓN DOCUMENTAL Y ELECTRÓNICA
Para el desarrollo de esta investigación se requiere conocer algunos
términos y teorías necesarias tanto del ámbito electrónico como de la
medicina.
Bombas de Infusión
Según Página de Emergencias (2008), los sistemas (bombas) de
infusión facilitan la administración parenteral (intravenosa, subcutánea,
intraperitoneal, intrarraquídea) de drogas y soluciones, y son usadas
donde es esencial la precisión y un aporte constante. Las bombas pueden
trabajar por algún período de tiempo sin estar conectadas a la fuente de
220v. En caso de corte de corriente la bomba seguirá funcionando ya que
tiene una batería interna recargable, lo que permite transportar un
paciente cuando se esta pasando una infusión.
Varios tipos de bombas disponibles en la actualidad, son adecuados
para el medio hospitalario o para el uso en el hogar con características
programables, continuas, intermitentes o combinaciones.
Los avances en los programas de computación han permitido una
amplia variedad de características y beneficios, y tanto el diseño como la
experiencia han contribuido a mejorar las condiciones de seguridad. Los
controladores actúan como "pinzas" electrónicas de los tubos de infusión,
ejerciendo una presión variable, y de este modo, restringen el flujo. Los
detectores de goteo o sensores de flujo actúan para proveer autocontrol
para activar el "clamp". Dado que el tamaño de la gota varía con la
viscosidad del líquido, algunos controladores están provistos con un tubo
reservorio para entregar un volumen fijo de fluido.
8
Según Biomédica (2009), las bombas de infusión, consisten en unas
máquinas que controlan el ritmo y cantidad de fluido intravenoso
administrado.
A la hora de elegir un instrumento de infusión existen tres conceptos
que deben considerarse como básicos: precisión volumétrica, resolución
de flujo y límite de presión alarma. La exactitud, que es la capacidad de
una bomba para infundir justamente una cantidad de fluido previamente
fijada. La precisión, es la capacidad del aparato para mantener la misma
velocidad de flujo (y por tanto infundir la misma cantidad de solución) a lo
largo del tiempo. La resolución de flujo se puede definir atendiendo a lo
uniforme que sea el flujo generado por una bomba en la unidad de
tiempo.
Las bombas de infusión se emplean:
1. Cuando se administran medicamentos de gran potencia
2. Cuando se desea administrar un volumen pequeño
3. Para reducir el riesgo de embolias
4. Para mantener una vía arterial
5. Para introducir líquidos de alta viscosidad, como la sangre o la
alimentación por vía parenteral
6. Para mantener constante la velocidad del flujo aún cuando se
produzcan fluctuaciones en la presión venosa.
Clasificación de los sistemas de infusión
Bombas de uso general.
Bombas de microinfusión.
Las bombas para propósito general y microinfusión, utilizan uno de dos
tipos básicos de mecanismo propulsor para mover un líquido de la
solución del contenedor al paciente, que son la bomba de tipo peristáltica
y la de cassete. (Ver Gráfico 1)
9
Gráfico 1. Tipos de bomba de infusión. Tomado de Biomédica (2009)
Mecanismos de producción de flujo (bombeo)
En el tipo peristáltico, la más común es la de peristaltismo lineal,
donde el tubo IV es colocado en un "canal de bombeo", donde los "dedos"
ocluyen el tubo sucesivamente en un movimiento de tipo oscilatorio o de
vibración. El tubo es sostenido en una parte posterior fija, comprimida y
liberada en forma alterna por los "dedos" en movimiento, forzando el
líquido a fluir. Similar al dispositivo lineal, la peristáltica rotatoria usa un
tramo corto de tubo de goma, fijo alrededor de rodillos montados en un
rotor. Según el rotor gira a velocidades precisas por un motor, los rodillos
ocluyen el tubo y forzan el líquido del contenedor hacia el paciente a la
velocidad preseleccionada. (Ver Gráfico 2)
Gráfico 2. Bomba Peristáltica. Tomada de Medix (2009)
10
El tipo cassette tiene algunas variaciones. Un tipo de cassette tiene una
acción similar a una jeringa, en el cual un émbolo dirigido por un motor se
mueve hacia dentro y hacia fuera de un cilindro. El movimiento hacia
dentro empuja el líquido fuera del cassette hacia el paciente, mientras el
movimiento hacia fuera absorbe líquido del contenedor para llenar
nuevamente el cassette. El otro tipo de cassette es un mecanismo de
diafragma que actúa como un pistón. El diafragma es montado cerca de
un pistón en movimiento que desplaza una fracción de un mililitro de fluido
hacia el paciente con cada movimiento hacia "dentro", y permite al
diafragma volver a llenarse con cada movimiento hacia "fuera". Una
válvula ensamblada dirige el flujo hacia la vía deseada en el momento
apropiado en el ciclo de bombeo. Este mecanismo entrega el líquido en
cantidades fijas de volumen. El flujo es variado al cambiar la velocidad a
la cual estos discretos incrementos de volumen son entregados. (Ver
Gráfico 3)
Gráfico 3. Bomba tipo Cassete. Tomada de Axont (2009)
Bomba de infusión multidosis
Tienen una seguridad ya que alcanzan un rango de seguridad de
aproximadamente 96%. Cuentan con sistemas de alarmas y alertas
electrónicos que apoyan la vigilancia de las soluciones, facilitando la labor
de las enfermeras. Su sencillez permite con sólo tres pasos activar el
funcionamiento de la bomba. Estos equipos permiten realizar el cálculo de
los mililitros que se necesitan prefundir cada hora sobre el propio tablero
de la bomba. (Ver Gráfico 4)
11
Gráfico 4. Bomba Multidosis. Tomada de Valme (2009)
Funciones de Control y Seguridad en los sistemas de Infusión
En la actualidad, la mayoría de los sistemas de infusión cuentan con
las siguientes funciones:
Volumen total a ser infundido
Las bombas de infusión permiten al usuario seleccionar el volumen a
ser infundido (VTBI). Si este límite es alcanzado antes de que la fuente de
líquido termine, la mayoría de las bombas accionan una alarma y
continúan infundiendo líquido a una forma de infusión mínima conocida
por sus siglas en inglés como KVO (keep vein open), con la finalidad de
evitar que se obstruya por trombos la cánula intravenosa o intra-arterial
del paciente.
Alarmas
Alarma de goteo: se acciona en caso de que la cámara de goteo registre
aumento o disminución en el caudal programado, o bien ha sido
introducida una velocidad del medicamento durante la programación que
puede resultar en un perfil de entrega demasiado bajo para ese
medicamento.
12
Alarma de aire: en algunos sistemas llamada también alarma por vacío.
El sensor puede encontrarse dentro o fuera del sistema. Registra la
presencia de aire en el tubo de infusión. La entrega del tamaño del
contenedor de la bomba está completa, o la bomba ha detectado 2 ml de
aire en la línea.
Alarma de batería: En los sistemas de infusión que cuentan con una
fuente de poder propia recargable al conectarse a la fuente de poder, este
dispositivo se acciona cuando la reserva de energía se encuentra próxima
a un nivel crítico de funcionamiento, posterior al cual los dispositivos de la
bomba son inexactos o bien, no funcionales.
Alarma de espera (standby): También llamada alarma recordatoria.
Funciona con un dispositivo de tiempo que acciona una alarma audible al
suspenderse temporalmente la infusión.
Alarma de volumen: utilizada en la mayoría de las bombas de infusión,
por medio de dispositivos audibles y visibles. Se acciona al completarse la
infusión del volumen seleccionado por el usuario. Inicia infusión en modo
KVO.
Alarma por sobreuso de vaciado de aire-líquido: en las bombas de
infusión múltiple, este dispositivo se acciona cuando se ha sobrepasado el
límite especificado de purga del sistema.
Alarma por oclusión: el sistema detecta una oclusión entre la bomba y
el paciente.
Las condiciones de alarma son detectadas por transductores
ultrasónicos o de presión, y sensores ópticos. En algunas bombas un
dispositivo sensible es colocado al dispositivo de goteo del equipo de
infusión.
Muchos dispositivos de infusión contienen programas de
autodiagnóstico para facilitar el inicio de una infusión y para alertar al
usuario de problemas existentes o impedimentos.
El microprocesador de algunas unidades contiene mensajes que
alertan de problemas en los componentes o circuitos internos. Mientras
este tipo de tecnología ha incrementado la autovigilancia y las
13
capacidades de monitoreo de infusión de los dispositivos, los mecanismos
de bombeo continúan siendo los mismos.
Infusiones Secundarias
Cada vez son más comunes las bombas capaces de entregar
infusiones secundarias (en inglés conocido como piggyback). Algunas
unidades pueden controlar hasta cuatro diferentes soluciones. Una
variedad de mecanismos controlan las infusiones primarias y secundarias;
la mayoría requiere un equipo de administración especial con una válvula
de cierre en la línea primaria.
Algunas bombas pueden ser usadas para propósito general, usando
equipos disponibles de varias manufacturas, mientras otras requieren el
uso de equipos de administración específicos. Los costos de estos
equipos desechables en el lapso de un año o dos, pueden exceder el de
la bomba misma.
Algunas bombas tienen una interfase para una computadora. Esta
capacidad podría permitir infusiones programadas en forma intermitente,
o control en "asa cerrada" (autocontrol)
Microcontrolador
Según Angulo y Angulo (2005), es un circuito integrado programable
que tienen los componentes de un computador, que se emplea para
controlar el funcionamiento de una tarea determinada y, debido a su
reducido tamaño, suele ir incorporado en el propio dispositivo que
gobierna. El microcontrolador es un computador dedicado. En su memoria
sólo reside un programa destinado a gobernar una aplicación
determinada; sus líneas de entrada/salida soportan el conexionado de
sensores y actuadores del dispositivo a controlar, mientras que todos los
recursos complementarios disponibles tienen como única finalidad
atender sus requerimientos. (Ver Gráfico 5)
14
El número de productos que funcionan en base a uno o varios
microcontroladores aumenta de forma exponencial. La industria
Informática acapara gran parte de los microcontroladores que se fabrican.
Casi todos los periféricos del computador, desde el ratón o el teclado
hasta la impresora, son regulados por el programa de un
microcontrolador. Los electrodomésticos de línea blanca (lavadoras,
hornos, lavavajillas, entre otros) y marrón (televisores, vídeos, aparatos
musicales, entre otros.) los incorporan, al igual que los sistemas de
supervisión, vigilancia y alarma en los edificios. También se emplean para
optimizar el rendimiento de ascensores, calefacción, aire acondicionado,
alarmas de incendio, robo, entre otros.
Gráfico 5. PIC16F877. Tomado de Superpic (2009)
Arquitectura interna
Un microcontrolador posee todos los componentes de un computador,
pero con unas características fijas que no pueden alterarse. Las partes
principales de un microcontrolador son:
El procesador: la necesidad de conseguir elevados rendimientos en el
procesamiento de las instrucciones ha desembocado en el empleo
generalizado de procesadores de arquitectura Harward, en el cual se
independizan la memoria de instrucciones y datos, ya que cada una tiene
su propio sistema de buses para el acceso. Esta dualidad, además de
15
propiciar el paralelismo, permite la adecuación del tamaño de las palabras
y los buses de instrucciones y datos.
Por otro lado, el procesador de los modernos microcontroladores
responde a la arquitectura RISC (Computadores de Juego de
Instrucciones Reducido), que se identifica por poseer un repertorio de
instrucciones pequeño y simple, por lo tanto la mayor parte de las
instrucciones se ejecuta en un ciclo de instrucción.
Otro aporte frecuente que aumenta el rendimiento es el paralelismo
implícito, que consiste en la segmentación del procesador (pipe-line),
descomponiéndolo en etapas para poder procesar una instrucción
diferente en cada una de ellas y trabajar con varias a la vez.
Memoria de programa: el microcontrolador está diseñado para que
en su memoria de programa se almacenen todas las instrucciones del
programa de control, es por ello que no se hace necesario utilizar
memorias externas de ampliación. Como el programa a ejecutar siempre
es el mismo, debe estar grabado de forma permanente.
Memoria de datos: los datos que manejan los programas varían
continuamente, lo cual exige que la memoria que los contienen deben ser
de lectura y escritura, por lo que la memoria RAM estática (SRAM) es la
más adecuada, aunque sea volátil. Hay microcontroladores que también
disponen como memoria de datos una de lectura y escritura no volátil del
tipo EEPROM, así, un corte en el suministro de la alimentación no
ocasiona la pérdida de la información que está disponible al reiniciarse el
programa.
Líneas de E/S para los controladores de periféricos: las líneas de
E/S que se adaptan con los periféricos manejan información en paralelo y
se agrupan en conjuntos de ocho, reciben el nombre de Puertas. Hay
modelos con líneas que soportan la comunicación en serie; otros
disponen de conjuntos de líneas que implementan puertas de
comunicación para diversos protocolos, como el I2C, el USB, entre otros.
Recursos auxiliares: según las aplicaciones, cada modelo de
microcontrolador incorpora una diversidad de complementos que
16
refuerzan la potencia y la flexibilidad del dispositivo. Entre los recursos
más comunes se citan a los siguientes:
- Circuito de reloj: encargado de generar los impulsos que sincronizan el
funcionamiento de todo el sistema.
- Temporizadores: orientados a controlar tiempos.
- Perro Guardián (watchdog): destinado a provocar una reinicialización
cuando el programa queda bloqueado.
- Conversores AD y DA: para poder recibir y enviar señales analógicas.
- Comparadores analógicos: para verificar el valor de una señal analógica.
- Sistema de protección ante fallos de la alimentación.
- Estado de Reposo: en el que el sistema queda congelado y el consumo
de energía se reduce al mínimo.
Pantalla de cristal líquido (LCD)
Según Todoexperto (2004), una pantalla de cristal líquido o LCD es un
visualizador alfanumérico, en el que solo se pueden ver números, letras o
algún otro carácter, definidos por el número de líneas que es capaz de
mostrar a la vez y los caracteres por líneas, por ejemplo, un LCD de 8 X 1
es una línea y 8 caracteres. Los más comunes son de 8, 16, 20, 24 y 40
caracteres, mientras que en cuanto a sus líneas las hay de 1, 2 y 4. Tiene
un microcontrolador incorporado que se encarga de mostrar los
caracteres en la pantalla, sin embargo hace falta otro microcontrolador
para que le informe que va a escribir o ejecutar, según sea el caso, para
esto tiene líneas de control y datos. (Ver Gráfico 6)
Gráfico 6. Pantalla de Cristal Líquido. Tomado de Todoexperto (2004)
17
Control de una pantalla de cristal líquido
Según Todoexperto (2004), el LCD internamente tiene una memoria
RAM de 80 posiciones de 8 bits. En cada posición se encuentra un
carácter, que se corresponde con una posición en la pantalla. La posición
de memoria 0 se corresponde con la fila 1 columna 1, la posición 1 con la
fila 1 columna 2, etc. De forma automática, está continuamente leyendo
esa memoria, obteniendo el código ASCII allí almacenado y
representándolo en la pantalla.
Para presentar un texto se escribe sobre la memoria interna. Si el LCD
se encuentra correctamente inicializado y el cursor está en la primera
posición (fila 1 columna 1), el primer carácter que se escriba se
presentará en la esquina superior izquierda. El siguiente que se envíe en
la siguiente columna y así sucesivamente, sin necesidad de indicar las
posiciones de memoria donde se quiera escribir el carácter, el incremento
lo hace de forma automática, siempre que así se haya programado,
además se pueden enviar comandos para controlar la presentación. Para
todo esto tiene dos buses, uno de datos (D0-D7) y otro de control (E, R/W
y RS), que se comportan de la siguiente manera:
Bus de control
E: enable. Sirve como señal de captura, tanto para lectura como
escritura.
R/W: Indica el sentido de los datos: "1" para lectura y "0" para
escritura.
RS: A "1" indica que se envía o recibe un carácter y, a "0" que se envía
un comando.
Bus de datos
Si RS=0, contiene el comando a ejecutar (borrar pantalla, poner el
cursor al principio, avanzar una posición, mover el cursor, autoincremento
de la posición de memoria, entre otros.).
18
Si RS=1, el bus de datos contiene el código ASCII del carácter que se
quiere leer o escribir en el LCD.
Pulsadores
Un pulsador es un elemento que permite el paso o interrupción de la
corriente mientras es accionado. Cuando ya no se actúa sobre él vuelve a
su posición de reposo. (Ver Gráfico 7)
Puede ser el contacto normalmente cerrado en reposo NC, o con el
contacto normalmente abierto NA. Consta del botón pulsador; una lámina
conductora que establece contacto con los dos terminales al oprimir el
botón y un muelle que hace recobrar a la lámina su posición primitiva al
cesar la presión sobre el botón pulsador. Diferentes tipos de pulsadores:
(a) Basculante. (b) Pulsador timbre. (c) Con señalizador. (d) Circular. (e)
Extraplano
Gráfico 7. Pulsadores. Tomado de Watios (2004)
Sensor
Según Wikipedia (2008), el sensor es un dispositivo capaz de
transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de
instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de
instrumentación pueden ser temperatura, nivel, distancia, aceleración,
presión, fuerza, humedad, pH, entre otras.
Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se
quiere medir o controlar en otra, facilitando su medida. Pueden ser de
19
indicación directa (termómetro de mercurio), sin embargo, en algunos
casos su señal de salida no es apta para su lectura directa y a veces
tampoco el procesado, por lo que se usa un circuito de
acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone,
amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a los niveles
apropiados para el resto de la circuitería.
Características de un sensor: entre las características técnicas de un
sensor destacan:
- Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede
aplicarse el sensor.
- Precisión: es el error de medida máximo esperado.
- Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la
variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores
nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de
referencia para definir el offset.
- Linealidad o correlación lineal.
- Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de
salida y la variación de la magnitud de entrada.
- Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede
apreciarse a la salida.
- Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto
varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para
seguir las variaciones de la magnitud de entrada.
- Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de
entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser
condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como
el envejecimiento (oxidación, desgaste, entre otras.) del sensor.
- Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
Tipos de sensores
Según Wikipedia (2002), desde el punto de vista de la Ingeniería
20
Electrónica, es atractiva la clasificación de los sensores de acuerdo con el
parámetro variable: resistencia, capacidad, inductancia, añadiendo luego
los sensores generadores de tensión, carga o corriente, teniendo la
siguiente clasificación:
Sensores resistivos: entre los cuales se encuentran los
potenciómetros, detectores de temperatura resistivas (RTD), termistores,
magnetorresistencias, fotorresistencias (LDR), higrómetros resistivos,
resistencias semiconductoras para detección de gases.
Sensores de resonancia y electromagnéticos: el primero se clasifica
en sensores capacitivos e inductivos y el segundo en sensores
electromagnéticos.
Sensores generadores: se clasifican en sensores termoeléctricos,
piezoeléctricos, piroeléctricos, fotovoltaicos y electroquímicos.
Sensores digitales: codificadores de posición, sensores
autorresonantes.
Sensores fotoeléctricos: también conocidos por sensores ópticos
que manipulan la luz de forma a detectar la presencia del accionador.
Otros métodos de detección son los sensores basados en uniones
semiconductoras, en transistores MOSFET, en dispositivos de
acoplamiento de carga (CCD), sensores basados en ultrasonidos, en
fibras ópticas y los biosensores.
Sensor de Efecto Hall
Según Wikipedia (2009), el sensor de efecto Hall o simplemente
sensor Hall o sonda Hall (denominado según Edwin Herbert Hall), se sirve
del efecto Hall para la medición de campos magnéticos o corrientes, o
para la determinación de la posición. (Ver Gráfico 8)
Si fluye corriente por un sensor Hall y se aproxima a un campo
magnético que fluye en dirección vertical al sensor, entonces el sensor
crea un voltaje saliente proporcional al producto de la fuerza del campo
magnético y de la corriente. Si se conoce el valor de la corriente, entonces
21
se puede calcular la fuerza del campo magnético; si se crea el campo
magnético por medio de corriente que circula por una bobina o un
conductor, entonces se puede medir el valor de la corriente en el
conductor o bobina.
Si tanto la fuerza del campo magnético como la corriente son
conocidas, entonces se puede usar el sensor Hall como detector de
metales.
Gráfico 8. Sensor de Efecto Hall. Tomado de Wikipedia (2009)
Aplicaciones de los sensores Hall
Mediciones de campos magnéticos (Densidad de flujo magnético)
Mediciones de corriente sin potencial (Sensor de corriente)
Emisor de señales sin contacto
Aparatos de medida del espesor de materiales
Como sensor de posición o detector para componentes magnéticos los
sensores Hall son especialmente ventajosos si la variación del campo
magnético es comparativamente lenta o nula. En estos casos el inductor
usado como sensor no provee un voltaje de inducción relevante.
En la industria del automóvil, el sensor Hall se utiliza de forma
frecuente, ejemplo, en sensores de posición del cigueñal (CKP), en el
cierre del cinturón de seguridad, en sistemas de cierres de puertas, para
el reconocimiento de posición del pedal o del asiento, en el cambio de
transmisión y para el reconocimiento del momento de arranque del motor.
22
La gran ventaja es la invariabilidad frente a suciedad (no magnética) y
agua.
Además puede encontrarse este sensor en circuitos integrados, en
impresoras láser donde controlan la sincronización del motor del espejo,
en disqueteras de ordenador así como en motores de corriente continua
sin escobillas, ejemplo, en ventiladores de PC. Ha llegado a haber incluso
teclados con sensores Hall bajo cada tecla.
Los sensores Hall se utilizan en señales salientes análogas para
campos magnéticos muy débiles (campo magnético terrestre), ejemplo,
brújula en un sistema de navegación.
Como sensores de corriente se usan como bobinas, recorridas con
una corriente por medir situadas en la separación del núcleo de hierro.
Estos sensores de corriente se comercializan como componentes
íntegros, son muy rápidos, se pueden usar para la medición de corrientes
continuas (a diferencia de los transformadores de corriente) y proveen
una separación de potencial entre circuitos de rendimiento y la electrónica
de control.
Como sensor de reconocimiento de posición o tecla a distancia
trabajan en conexión con imanes permanentes y disponen de un
interruptor de límite integrado.
Fototransistor
Según Wikipedia (2008), es un transistor sensible a la luz,
normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base,
generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al
estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo
por el efecto de ganancia propio del transistor. (Ver Gráfico 9)
Un fototransistor es igual a un transistor común, con la diferencia que
el primero puede trabajar de 2 formas:
1. Como transistor normal con la corriente de base Ib (modo común).
23
2. Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento
hace las veces de corriente de base. Ip (modo de iluminación).
3. Puede utilizarse de las dos en formas simultáneamente, aunque el
fototransistor se utiliza principalmente con el pin de la base sin
conectar.
Gráfico 9. Sensor Óptico Fototransistor. Tomado de Teclogistica (2008)
En el mercado se encuentran fototransistores tanto con conexión de
base como sin ella y tanto en cápsulas plásticas como metálicas (TO-72,
TO-5) provistas de una lente.
Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices
ópticos, etc. Para comunicaciones con fibra óptica se prefiere usar
detectores con fotodiodos pin. También se pueden utilizar en la detección
de objetos cercanos cuando forman parte de un sensor de proximidad.
(Ver Gráfico 10)
Se utilizan ampliamente encapsulados conjuntamente con un LED,
formando interruptores ópticos (opto-switch), que detectan la interrupción
del haz de luz por un objeto. Existen en dos versiones: de transmisión y
de reflexión.
24
Gráfico 10. Sensor Óptico Fototransistor. Tomado de Mondotronics (2009)
Motores eléctricos
Según Geocities (2008), los motores eléctricos son máquinas
utilizadas para transformar energía eléctrica en mecánica. Son utilizados
en la industria, pues combinan las ventajas del uso de la energía eléctrica
(bajo costo, facilidad de transporte, limpieza y simplicidad de la puesta en
marcha, entre otras.).
Motores Paso a Paso (PAP)
Es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos
eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa es que
es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus
entradas de control. El motor paso a paso se comporta de la misma
manera que un convertidor digital-analógico y puede ser gobernado por
impulsos procedentes de sistemas lógicos. (Ver Gráfico 11)
Este motor presenta las ventajas de tener alta precisión y repetibilidad
en cuanto al posicionamiento. Entre sus principales aplicaciones destacan
como motor de frecuencia variable, motor de corriente continua sin
escobillas, servomotores y motores controlados digitalmente. (Ver Gráfico
12)
25
Existen 3 tipos fundamentales de motores paso a paso: el motor de
reluctancia variable, el motor de magnetización permanente, y el motor
paso a paso híbrido.
Gráfico 11. Motor PAP. Tomada de Robotics (2008)
Control de las bobinas
Para el control del motor paso a paso de este tipo (bipolar), se
establece el principio de "puente en H", si se activan T1 y T4, permiten la
alimentación en un sentido; si cambiamos el sentido de la alimentación
activando T2 y T3, cambiaremos el sentido de alimentación y el sentido
de la corriente
Gráfico 12. Motor PAP. Tomada de Wikipedia (2008)
26
Tipos de motores paso a paso
El motor de paso de rotor de imán permanente: Permite mantener un
par diferente de cero cuando el motor no está energizado. Dependiendo
de la construcción del motor, es típicamente posible obtener pasos
angulares de 7.5, 11.25, 15, 18, 45 o 90°. El ángulo de rotación se
determina por el número de polos en el estator
El motor de paso de reluctancia variable (VR): Tiene un rotor multipolar
de hierro y un estator devanado laminado, y rota cuando los dientes del
rotor son atraídos a los dientes del estator electromagnéticamente o
energizados. La inercia del rotor de un motor de paso de reluctancia
variable es pequeña y la respuesta es muy rápida, pero la inercia
permitida de la carga es pequeña. Cuando los devanados no están
energizados, el par estático de este tipo de motor es cero. Generalmente,
el paso angular de este motor de paso de reluctancia variable es de 15°
El motor híbrido de paso: Se caracteriza por tener varios dientes en el
estator y en el rotor, el rotor con un imán concéntrico magnetizado
axialmente alrededor de su eje. Se puede ver que esta configuración es
una mezcla de los tipos de reluctancia variable e imán permanente. Este
tipo de motor tiene una alta precisión y alto par y se puede configurar para
suministrar un paso angular tan pequeño como 1.8°.
Motores paso a paso Bipolares: Estos tienen generalmente 4 cables de
salida. Necesitan ciertos trucos para ser controlados debido a que
requieren del cambio de dirección de flujo de corriente a través de las
bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento.
Motores paso a paso unipolares: estos motores suelen tener 5 o 6
cables de salida dependiendo de su conexionado interno. Este tipo se
caracteriza por ser más simple de controlar
27
Cigüeñal
El cigüeñal forma parte del mecanismo bielamanivela, es decir, de la
serie de órganos que con su movimiento transforman la energía
desarrollada por la combustión en energía mecánica. El cigüeñal recoge y
transmite al cambio la potencia desarrollada por cada uno de los cilindros.
Por consiguiente, es una de las piezas más importantes del motor.
En los motores rotativos (eléctricos o de turbina), el árbol motor tiene
simplemente forma cilíndrica, con estriados para su ajuste con el rotor
(inducido eléctrico o rodete de la turbina) y engranajes o poleas para
transmitir el movimiento. En los motores de pistón rotativo (tipo Wankel) el
cigüeñal lleva simplemente una excéntrica circular por cada pistón.
Sin embargo, en los motores alternativos tradicionales tiene una forma
más complicada (puesto que hay manivelas), determinada por la
necesidad de transformar el movimiento alternativo en movimiento
giratorio precisamente dada su forma, se le denomina árbol de manivelas
o árbol de codos, además de cigüeñal. (Ver Gráfico 13)
En los primeros tiempos, el motor típico de combustión interna era
monocilíndrico, y el cigüeñal, al tener una sola manivela, era
completamente semejante al antiguo berbiquí de carpintero, denominado
en francés «vilebrequin». El término vilebrequin es aún hoy día el
apelativo francés correspondiente al español cigüeñal. Los ingleses lo
llaman «crankshaft», que significa árbol - manivela.
Cada manivela está formada por dos brazos llamados brazos de
manivela y por la muñequilla de manivela o muñequilla de biela, que gira
sobre el cojinete de la cabeza de biela. Las muñequillas del eje de
rotación del cigüeñal se denominan muñequillas de bancada.
En los motores con los cilindros en línea el cigüeñal está formado por
tantas manivelas como cilindros. En los motores con los cilindros
opuestos el número de manivelas puede ser el mismo que el de cilindros
o sólo la mitad. En los motores en V, generalmente el número de
manivelas es la mitad del de cilindros.
28
El número de muñequillas de bancada puede variar bastante. Por
ejemplo, en un motor de 4 cilindros puede emplearse un cigüeñal que
tenga únicamente dos muñequillas de bancada, o bien tres, cuatro o
cinco. La elección depende de razones técnicas y económicas. La
solución más económica es un cigüeñal con sólo dos apoyos en los
extremos, pero en este caso no puede pretenderse alcanzar potencias
elevadas a altos regímenes. De hecho, para evitar las flexiones y las
consiguientes vibraciones del cigüeñal, es necesario que las muñequillas
de manivela tengan el mayor diámetro posible y los brazos de manivela
una sección considerable. El cigüeñal y las cabezas de biela son pesados
y, por tanto, las masas en rotación originan fuerzas considerables y el
motor no puede girar a regímenes muy elevados. Las oscilaciones
electoras del cigüeñal son también la causa de ruidos originados por el
golpeteo sobre los cojinetes de bancada
Gráfico 13.Cigueñal. Tomada de Mecánica (2009)
Equilibrado
El equilibrado se consigue por medio de contrapesos aplicados, a las
manivelas para obtener, cuando sea necesario, el equilibrado estático y el
dinámico del cigüeñal en todo su conjunto y muchas veces, de cada una
de las manivelas. Sirve además para reducir el efecto de algunas de las
fuerzas debidas a las masas en movimiento alternativo. Los objetivos del
equilibrado son esencialmente dos: (Ver Gráfico 14)
29
• Reducir las vibraciones del motor causadas por las fuerzas y
momentos generados por la presión de los gases en los cilindros y
por las piezas en movimiento alternativo y giratorio (pistones,
bielas, y cigüeñal).
• Reducir las cargas sobre los cojinetes de bancada.
Gráfico 14. Calibración. Tomada de Mecánica (2009)
Fuerzas centrífugas y alternativas
El cigüeñal está equilibrado estéticamente cuando la resultante de las
fuerzas centrífugas es nula, es decir, cuando el baricentro se encuentra
sobre el eje de rotación. Es característico el ejemplo del cigüeñal con una
sola manivela. Es obvio que para que el cigüeñal esté en equilibrio en
cualquier posición, el peso de la manivela debe ser equilibrado por el de
los contrapesos.
Pero el cigüeñal, además de estar equilibrado estéticamente, puede
estarlo dinámicamente, es decir, puede dar lugar, cuando se halla en
movimiento, a un momento flector originado por las fuerzas centrífugas
que se encuentran en planos distintos. Puede suceder, en definitiva, que
en los motores con varios cilindros la resultante de los momentos
respecto a un punto cualquiera del eje no sea nula. Este concepto resulta
30
más claro si se concreta en el caso de un cigüeñal con 2 manivelas de un
motor de 2 cilindros opuestos, de 4 tiempos. Las fuerzas centrífugas
actúan en planos diferentes, cuya distancia entre ellos es igual a la que
hay entre los ejes de los cilindros. El momento resultante es igual al
producto de la fuerza centrífuga por la distancia entre los ejes y puede ser
equilibrado con uno igual y opuesto por medio de contrapesos.
En los cigüeñales que tienen más de 2 manivelas, éstas se disponen
angularmente de manera que las combustiones resulten distanciadas
igualmente una de otra para obtener la máxima regularidad del par motor,
y en estas condiciones, en la mayor parte de los casos, la disposición de
los brazos de manivela es tal que, sin añadir contrapesos, la condición de
equilibrio estático se satisface automáticamente, ya que el cigüeñal
admite un plano de simetría que pasa por su eje. (Ver Gráfico 15)
En cuanto al equilibrio dinámico, los cigüeñales con más de 2
manivelas resultan equilibrados cuando, estando ya compensados
estáticamente, admiten un plano de simetría perpendicular al eje de
rotación respecto al cual las manivelas resultan simétricas en número,
posición y dimensiones. Todos los demás cigüeñales pueden ser
equilibrados solamente con la ayuda de contrapesos. No obstante,
muchos cigüeñales, aun estando en conjunto equilibrados
dinámicamente, incluso sin contrapesos, tienen equilibradas cada una de
las manivelas por separado. Este tipo de contrapesado sirve para reducir
la carga impuesta a los cojinetes de bancada. Efectivamente,
contrapesando cada una de las manivelas se reduce, o se anulan, los
diversos momentos electores, debido a las masas giratorias que,
actuando sobre las diferentes partes del cigüeñal, tienden a flexionarlo
cargando los cojinetes de bancada y dificultando su lubricación.
Además de las fuerzas centrífugas de las masas de rotación, influyen
sobre las muñequillas de manivela las fuerzas debidas a las masas en
movimiento alternativo. Estas fuerzas causadas por las variaciones de
velocidad del pistón y de la biela, se distinguen en fuerzas de primer
orden y de segundo orden. Las primeras alcanzan su valor máximo,
31
positivo o negativo, cada vez que el pistón se encuentra en el PMS o en el
PMI. Las segundas varían con una frecuencia doble que las primeras.
Una fuerza de primer orden puede ser equilibrada por la componente,
según el eje de los cilindros, de una fuerza centrífuga producida por una
masa igual a la de la masa alternativa, aplicada al cigüeñal en
contraposición a la muñequilla de manivela. Pero en este caso se crea
una fuerza dirigida perpendicularmente al eje cilíndrico, con una amplitud
y frecuencia iguales. En la práctica se contrapesa la mitad de la masa
alternativa, por lo que queda activa sobre el eje del cilindro la mitad de la
fuerza alternativa de primer orden, mientras que la otra mitad se
transforma en una fuerza perpendicular al eje del cilindro. (Ver Gráfico 16)
Gráfico 15.Cigueñal. Tomada de Mecánica (2009)
En los motores de varios cilindros (en línea, en V u opuestos) las
fuerzas alternativas de primer orden se equilibran cuando el cigüeñal está
por sí mismo equilibrado (es decir, sin contrapesos). De manera análoga,
los pares debidos a las fuerzas alternativas de primer orden están
equilibrados cuando lo están los pares debidos a las masas en rotación,
es decir, cuando el cigüeñal está equilibrado dinámicamente. En lo que se
refiere a las fuerzas alternativas de segundo orden, no existe posibilidad
de reducirlas con técnicas especiales en la construcción del cigüeñal,
puesto que varían con una frecuencia doble al número de revoluciones.
En los automóviles, las vibraciones causadas por las fuerzas de segundo
32
orden son absorbidas, mediante técnicas especiales, por la suspensión
del motor.
Gráfico 16.Cigueñal. Tomada de Mecánica (2009)
Proyecto del cigüeñal
La relación entre la carrera y el diámetro influye sobre diversas
características y sobre el diseño del motor. Su influencia se hace notar
también sobre el cigüeñal. Efectivamente, a igualdad de cilindrada,
aumentando el diámetro de los cilindros y disminuyendo
correspondientemente la carrera, el cigüeñal se alarga y los brazos de las
manivelas se acortan. Reduciendo la longitud del brazo de manivela se
disminuyen las fuerzas de inercia causadas tanto por las masas de
rotación como por las masas alternativas. Además, el cigüeñal, al tener un
diámetro de giro menor, puede tener una constitución más ligera.
Otra ventaja la constituye el denominado recubrimiento de las
muñequillas de bancada y de biela. Este recubrimiento permite obtener la
resistencia y la rigidez deseadas con un espesor reducido de los brazos
de manivela. De ahí resulta la posibilidad de alargar las muñequillas para
dar mayor superficie de contacto a los cojinetes y unir muñequillas y
brazos con una conexión de radio relativamente grande, lo que le
proporciona un importante incremento de la resistencia a la fatiga.
33
Otro método, para aumentar más aún la resistencia a la fatiga del
cigüeñal, consiste en comprimir mediante la acción de rodillos las fibras
del acero de las conexiones de las muñequillas de bancada y de biela.
Las dimensiones de las muñequillas se calculan en función de las
cargas que los cojinetes deben soportar, de las velocidades de régimen y
de la rigidez que es necesario obtener para impedir que se produzcan
deformaciones por flexión y vibraciones de torsión. Cuando un cigüeñal
posee unas muñequillas que cumplen con estos requisitos, es
generalmente más que suficiente para transmitir la potencia útil.
La capacidad de carga de los cojinetes es aproximadamente
proporcional al producto del diámetro por la longitud de la zona de
contacto con la muñequilla. Para una cierta carga y para una determinada
longitud de la muñequilla, al aumentar el diámetro se incrementa la
velocidad de rozamiento, pero disminuye la presión unitaria sobre el
cojinete y, por esta razón, el proyectista tiene una cierta libertad de
acción. Pero debe considerar que cuando los diámetros son pequeños
pueden producirse deformaciones y, como consecuencia, presiones en
zonas limitadas de los cojinetes, así como vibraciones de torsión. Por
tanto, es aconsejable elegir unos diámetros bastante grandes para
obtener mayor rigidez del cigüeñal y también mayor resistencia de los
cojinetes, puesto que éstos se apoyan más fácilmente sobre toda su
longitud.
El cigüeñal es taladrado para formar los agujeros de paso para el
aceite necesario para su lubricación. A menudo dichos agujeros sirven
además para aligerar el cigüeñal. Una buena lubricación de los cojinetes
es un factor importantísimo para el buen funcionamiento y la duración de
los mismos. Los cigüeñales deben agujerearse en correspondencia con
los brazos de manivela (al menos uno por cada manivela) para hacer
llegar el aceite desde los cojinetes de bancada a los de biela.
Generalmente el aceite llega, a través de ranuras realizadas en el
bloque, a cada uno de los cojinetes de bancada y desde allí se le hace
penetrar en el cigüeñal por los agujeros, que generalmente son radiales;
34
recorre los canales efectuados en los brazos de manivela y sale por otros
agujeros que desembocan en la parte media de los cojinetes. Para reducir
el número de agujeros pueden alargarse los taladros de los brazos de
manivela hasta atravesar las muñequillas de biela; en este caso no es
necesario que las muñequillas estén agujereadas axialmente.
35
Módulo deControl
Módulo deAlimentaciónal Sistema
Módulo deMotores
Módulo deVisualizacióny Selección
Módulo de Alarmas
Módulo de Sensores
DISEÑO DEL TRABAJO DE GRADO
A continuación se presenta el diseño de la investigación donde se
describe todos los módulos que la componen, el funcionamiento del
mismo y el diagrama de bloques de los módulos, el cual está compuesto
por 6 módulos como son alimentación al sistema, control, motores,
visualización y selección, sensores y alarmas. (Ver Gráfico 17)
El diagrama de bloque de los módulos del diseño se puede ver en el
siguiente gráfico:
Gráfico 17.Diagrama de Bloque del Sistema.
En el presente diagrama funcional se presentará el funcionamiento de
diversos componentes que integran esta bomba multidosis. Esta bomba
posee una abertura profunda entre la parte superior de la bomba y el
cigüeñal (Ver Gráfico 19); donde se coloca de forma vertical el
macrogotero, a un centímetro de la parte superior se fijo un fototransistor
el cual detectara las burbujas de aire en el set y activara una alarma al
36
Bomba de Infusión
E R FototransistorSensor Aire en línea
Macrogotero
PulsadorSensor Oclusión
PulsadorPuerta
Motor
Cigueñal
estar estas presentes. Existen dos pulsadores: uno que detectara una
oclusión que exista en la vía y otro la puerta que fija y sostiene el
macrogotero, si alguno de estos se activa se encenderá una alarma. Este
mecanismo posee un motor paso a paso que tiene un encoder con un
engranaje conectado al cigüeñal (Ver Gráfico 19), este tiene cuatro (4)
posiciones de cierre y tres (3) de abertura. A continuación se muestra el
diagrama funcional para ambas bombas (Ver Gráfico 18).
Gráfico 18.Diagrama Funcional del Equipo
Gráfico 19.Parte Mecánica y Sensores
37
Gráfico 20.Parte Mecánica del Motor
El diseño del sistema se desglosó el mismo por procesos o módulos,
los cuales se presentan como las bases del prototipo a desarrollar. Una
vez recolectada toda la información necesaria para el diseño tanto del
software de bajo nivel como del prototipo se pone en marcha el plan de
desarrollo del proyecto. A continuación se procederá a describir cada uno
de los siguientes módulos.
Módulo de Alimentación
La fuente de voltaje para la alimentación es una batería de 6v, luego
este voltaje es pasado por un regulador de 7805 que lleva la tensión a 5
voltios que es el voltaje necesario para la alimentación de los
componentes electrónicos utilizados en el sistema como lo son los PIC
16F877 Y PIC16F628A, LM 324, entre otros, así como también se utilizo
una batería de 6V/7A la cual se empleo para dar alimentación a los
motores paso a paso. (Ver Gráfico 21)
38
Gráfico 21. Circuito Esquemático del Módulo de Alimentación
Cálculo de la duración de las pilas o baterías Las horas de funcionamiento de una pila o batería se obtiene
dividiendo su energía acumulada entre el consumo del sistema. Junto a
cada aparato figuran sus datos técnicos y un enlace a la pila
recomendada. El Sistema usa la pila 6v de 2 amperios y consume en
potencia alta 0.300 Ah (300 milésimas de amperio), el resultado es: 2:0.
300=6.66 horas.
Y para los motores 6v 12 amperios, el resultado es: 12:1=12 horas. Si
el cálculo se hace en baja potencia la duración sería mucho mayor. En la
práctica la autonomía suele ser menor; las pilas después de un tiempo de
su fabricación tienden a descargarse. Además, las condiciones de trabajo
en el campo no suelen ser favorables a causa de la humedad, los
cambios de temperatura, etc.
Cuadro 1. Componentes Electrónicos del Módulo de Alimentación.
Descripción Cantidad
Batería 6V 1
Batería 6V/12ª 1
LM 7805 1
39
Cuadro 2. Pruebas y Resultados al Módulo de Alimentación.
Prueba Resultado Se conectaron las alimentaciones
de los motores al Terminal
positivo de la batería 6V/12Ah y
sus bobinas al módulo de
potencia
Al encender el equipo la LCD se
inicializaba sin problemas y al
presionar el botón de purga del
sistema los motores ejecutaron su
rutina sin ningún problema
Módulo de Control
Este módulo esta compuesto por un PIC 16F877 el cual será el
encargado de manejar el módulo de visualización y selección a través del
puertos C (RC2 - RC7) y B (RB1 – RB4), el módulo de motores a través
del puerto D (RD0 - RD7), el módulo de sensores (motores) a través del
puerto C (RC0 – RC1), módulo de alarmas a través del puertos A (RA0 –
RA5) y E (RE0) (Buzzer).
Todas las señales que entran o salen de él, serán de forma digital (0 -
5v), los cuales son manipulados y procesados mediante programación de
bajo nivel, por las cuales se ejecutaran las acciones de control. (Ver
Gráficos 22 y 23)
Gráfico 22. Circuito Esquemático del Módulo de Control.
40
Cuadro 3. Componentes Electrónicos del Módulo de Control.
Descripción Cantidad
Microcontrolador
Pic16F877
1
Cristal de 20 Mhz 1
Pulsador Nc 1
Resistencia 10kΩ 1
Resistencia 100Ω 1
Resistencia 1kΩ 4
Gráfico 23. Módulo de Control Microcontrolador PIC 16f877.
Cuadro 4. Pruebas y Resultados al Módulo de Control
Prueba Resultado
Se programó el microcontrolador
con los siguientes mensajes:
” Bienvenidos”; “Bomba
Multidosis”; “Realizada por:”;
“Guevara A. 2010” para observar
el correcto funcionamiento del
módulo de visualización.
Al energizar el circuito se calibro el
contraste de la pantalla para
observar el mensaje programado,
obteniendo los resultados
deseados.
Se incluyó en el microcontrolador Al presionar las teclas
41
Cont. Cuadro 4
la rutina necesaria para el
funcionamiento del módulo de
selección, que consta de cuatro
pulsadores: enter, escape, bajar y
subir. Ver grafico 19
predispuestas para seleccionar las
opciones del menú y el submenú
se obtuvo el desplazamiento
esperado a la hora de programar
el módulo de control.
Se le adicionó una rutina para el
control de los motores paso a
paso, de la siguiente manera, con
salida por el puerto RD:
Motor A Motor B
00000001 00010000
00000010 00100000
00000100 01000000
00001000 10000000
Para la secuencia de purga se
programó la siguiente secuencia,
con activación de un pulsador en
el puerto RE0 :
00010001
00100010
01000100
10001000
Para la velocidad de los motores
se utilizo el flujo de la solución,
con un movimiento en sentido
horario.
Se vario el volumen y el flujo de
cada motor para observar la
disminución o el aumento de
velocidad de rotación de los
mismos
Después de haber determinado la
secuencia de los motores
manualmente, se conectaron al
módulo de potencia y mediante el
módulo de selección se activo el
movimiento del mismo,
observando que correspondía a
las secuencias determinadas
manualmente.
Al purgar las bombas ambos
motores se movieron según la
secuencia programada.
Al variar el volumen y el flujo de la
solución se observo que la
velocidad de los motores
aumentaba o disminuía en forma
proporcional al flujo.
42
Cont. Cuadro 4
Se programó el puerto A para
recibir las señales del módulo de
alarmas por activación en alto.
Con un cable a tierra se le dio
señal a cada uno de los puertos,
observando en el módulo de
visualización cada una de las
alarmas programadas
Módulo de Visualización y Selección
Se encuentra una pantalla de cristal líquido (LCD) de 16x2 para la
visualización del análisis a realizar, dicha pantalla se encuentra conectada
al microcontrolador PIC16F877A al Puerto C (de RC4 a RC7), configurada
a 4 bits. Para indicar el tipo de bomba ha utilizar (individual o multidosis).
También se encuentran cuatro pulsadores, conectado al Puerto B (de
RB1 a RB4), que permiten controlar el tipo de toma de volumen y flujo
del compuesto, un botón de enter, para iniciar el proceso y un botón de
escape para salir de este menú y colocar otras cantidades de los mismos
a tomar; de esta manera el usuario podrá interactuar con el equipo. (Ver
Gráfico 24 y 25)
Gráfico 24.Circuito Esquemático del Módulo de Visualización y Selección.
43
Cuadro 5. Componentes Electrónicos del Módulo de Visualización y Selección.
Descripción Cantidad
LCD 16X2 1
Potenciómetro 10kΩ 1
Pulsador N/A 5
Gráfico 25. Módulo de Visualización y Selección.
Cuadro 6. Prueba y Resultado al Módulo de Visualización y Selección.
Pruebas Resultados
Se programó el menú de
selección, al aparecer el mensaje
de purga se presiona el botón de
kvo
Se mueven ambos motores
durante aproximadamente 1min.
Al aparecer el submenú del modo
de operación de las bombas
1. Multidosis
2. Individual
Se presiona el botón subir para
seleccionar el modo multidosis y
bajar para seleccionar el modo
individual
Si seleccionó multidosis presenta
el submenú para colocar los
volúmenes y flujos de dichas
bombas, al presionar los botones
de subir o bajar se observa que
aumenta o disminuyen los valores
Si seleccionó individual aparece el
submenú
1. Bomba A
44
2. Bomba B
Al seleccionar cualquiera de ella
se presenta el submenú para
colocar el volumen y el flujo
comprobando que si se presiona
los botones de subir o bajar se
observa que aumenta o
disminuyen los valores
Se presionaron los botones de
enter y escape
Al presionar enter se mostró el
submenú de funcionamiento y los
motores realizaban la acción de
movimiento y a presionar escape
retornaba al submenú inicial
Módulo de Motores
Este tipo de motores se identifica porque tiene 6 cables, para este se
tiene un común para cada pareja de bobinas. Este tipo de motores tiene la
ventaja de operar con una sola fuente, mientras que los motores de dos
bobinas requieren polaridad positiva y negativa, haciéndose necesario
utilizar circuitos en puentes. Debe notarse que los cables rojos y negros
se unen para conectarlos a la fuente positiva. El transistor que se utiliza
para activar las bobinas es el D882, que es el Darlington con protección
para el manejo de cargas inductivas (diodo interno). (Ver Gráficos 26 y
27)
Gráfico 26. Circuito Esquemático del Módulo de Motores.
Cont. Cuadro 6
45
Cuadro 7. Componentes Electrónicos del Módulo de Motores.
Descripción Cantidad
Transistor NPN
D884
8
Resistencia 1kΩ 8
Diodo 1N4148 8
Gráfico 27. Módulo de Motores.
Cuadro 8. Prueba y Resultado al Módulo de Motores.
Prueba Resultado Se programó en el módulo de
control la secuencia para mover
los motores, se identificaron las
bobinas de dichos motores A
(negro), C (rojo) es la bobina L1 y
B (verde) y D (azul) es la bobina
L2.
El movimiento del motor se
consigue energizando las bobinas
en un orden determinado,
consistente en activar una sola
bobina a la vez (manejo por ola).
Se medio la corriente consumida
por la bobina del motor al
energizar el circuito.
Se obtuvo el siguiente valor:
200Ma
46
Módulo de Sensores
En el microcontrolador 16F628A se generó una secuencia de chequeo
de puertos desde RB0 hasta RB5, activas en alto, lo cuales enviaran una
señal de salida a los puertos RA0 hasta RA3 para activar una serie de
alarmas.
Existe una conexión entre RB7 del módulo de alarma al RB0 del módulo
de control. (Ver Gráfico 28)
Gráfico 28. Circuito Esquemático del Módulo de Sensores.
A continuación se describirá cada uno de los sensores utilizados en el
desarrollo de la investigación:
♦ Sensor Puerta Abierta: consiste de un pulsador N/A conectado
en uno de sus extremos a Vcc y el otro extremo a la resistencia
conectada a la base de un transistor, configurado como un
inversor, el cual nos dará una señal en bajo así el colector será la
salida de dicho sensor el cual irá al microcontrolador 16F628A por
el puerto RB1 y RB4. (Ver Gráfico 29)
47
Gráfico 29. Circuito Esquemático del Sensor Puerta Abierta
♦ Sensor Aire en Línea: se utilizó un fotodiodo con una resistencia
de 220Ω en el emisor y un potenciómetro de 10 kΩ en el receptor
para la sensibilidad, la salida del receptor irá a un comparador
formado por un LM 324 el cual su salida ira a los puertos RB2 Y
RB5 del microcontrolador PIC 16F628A. (Ver Gráfico 30)
Gráfico 30. Circuito Esquemático del Sensor Aire en Línea
♦ Sensor Oclusión: consiste de un pulsador N/A conectado en uno
de sus extremos a Vcc y el otro extremo a la resistencia conectada
a la base de un transistor, configurado como un inversor, el cual
nos dará una señal en bajo así el colector será la salida de dicho
sensor el cual irá al microcontrolador 16F628A por el puerto RB3 y
RB6. (Ver Gráfico 31)
48
Gráfico 31. Circuito Esquemático del Sensor Oclusión
Cuadro 9. Componentes Electrónicos del Módulo de Sensores.
Descripción Cantidad
Microcontrolador
PIC 16f628A
1
Cristal 20Mhz 1
Pulsador N/A 3
Fototransistor 2
Resistencia 220 Ω 2
Operacional LM 324 1
Potenciómetro de 5kΩ 2
Potenciómetro de 10kΩ 2
Resistencia de 100Ω 1
Resistencia de 10kΩ 1
Resistencia de 1kΩ 6
Cuadro 10. Prueba y Resultado al Módulo de Sensores.
Prueba Resultado Se detecto la configuración de los
pines del pulsador N/A para
realizar la alimentación del
mismo, conectando uno de sus
extremos a Vcc y el otro extremo
se conecto un led con una
resistencia a tierra.
Al abrir la puerta el led encendía y
a cerrarla apagaba
Este se conectó al
microcontrolador 16f628 por el
Al abrir la puerta el
microcontrolador recibía la señal
49
Cont. Cuadro 10
puerto RB0 y luego RB3
en alto, pero al cerrarla mantenía
su estado inicial.
Se monto un circuito inversor con
un transistor y dos resistencias y
se adiciono una resistencia de
1kΩ a tierra en el puerto RB0 y
RB3
Al abrir la puerta el
microcontrolador recibía la señal
en alto, pero al cerrarla cambiaba
de estado inicial.
Se monto el circuito según el
gráfico 24; se coloco la manguera
entre la ranura del fotodiodo
inicialmente en una parte que
contenía solución y luego en
donde había burbujas de aire
Al calibrar la sensibilidad del
circuito y el comparador de voltaje
se logró que donde existía
solución en el macrogotero se
mostrase un voltaje en bajo y en
caso contrario un alto, los cuales
son las señales necesarias para
activar los puertos RB1 Y RB4 del
PIC 16f628A
Módulo de Alarmas
Se conectó los puertos RA0-RA1-RA2 del módulo de sensores con los
pines A-B-C del demultiplexor 74LS138 y el puerto RA3 con el pin de
habilitación del 74LS138 y este a su vez con el RB0 del PIC 16f877; cada
vez que se active alguno de los sensores conectados al puerto RB los
leds conectados en la salida del demultiplexor encenderá de forma
intermitente correspondiendo con el sensor activado, estas mismas
señales serán enviadas al módulo de control hacia los puertos RA0 hasta
RA5. (Ver Gráfico 32)
50
Gráfico 32. Circuito Esquemático del Módulo de Alarmas.
Cuadro 11. Componentes Electrónicos del Módulo de Alarmas.
Descripción Cantidad
Microcontrolador
PIC 16f628A
1
Cristal 20Mhz 1
Pulsador N/A 1
Resistencia de 10kΩ 1
Resistencia de 100Ω 1
Decodificador/Demultiplexor
TTL 74ls138
1
1
Leds Rojos 6
Transistor 2N3904 1
Diodo 1N4148 1
Resistencia 220Ω 8
Resistencia 1kΩ 1
Buzzer 1
51
Cuadro 12. Prueba y Resultado al Módulo de Alarmas.
Prueba Resultado Se ensambló el 74LS138 con 6
leds ánodo común correspondiente
a cada uno de ellos a la activación
de los 6 sensores conectados al
puerto RB del módulo de alarma.
Al conectar los puertos RB del
módulo de alarma con una señal en
alto se observó que la salida
correspondía al led de dicho sensor
y sonaba el buzzer como indicación
sonora.
Módulo de Software
Software de bajo nivel
Este software fue diseñado con el lenguaje de programación PicBasic
Pro 2.50A (PBP), se divide en dos partes: por una parte el
microcontrolador PIC16F877 al ser energizado configura las variables,
purga las bombas moviendo los motores A y B después se selecciona la
operación 1. Multidosis 2. Individual; si se selecciona la opción 1
aparecerá volumen y flujo A – volumen y flujo B, si por el contrario se
selecciona la opción 2 aparecerá bomba A bomba B se selecciona una de
ellas y se mostrara el volumen y flujo que se desea suministrar. Durante
este proceso hay un chequeo por interrupción para detección de alarma;
en caso de ocurrir esta se visualizara en la LCD mediante un mensaje
según corresponda. (Ver Grafico 33)
La segunda parte consta de otro microcontrolador PIC16F628A el cual
al ser energizado configura los puertos y genera el escaneo de puerto a
chequear desde RB1 hasta RB6, al activarse algunos de estos puertos se
enviara un bit a través del RA3 hacia el microcontrolador PIC16F877 por
el puerto RB0, el cual funciona como puerto de interrupción externa. (Ver
Grafico 34)
52
Gráfico 33.Diagrama de flujo del Software de Bajo Nivel (Microcontrolador PIC16F877)
53
Inicio
ConfigurarPuertos
Generar # de Puerto a Chequear
1
EsRB1?
EsRB2?
EsRB4?
Alarma 1 Alarma 2 Alarma 3
SI SI SI
NO NOEsRB2?
Alarma 4
EsRB3?
EsRB6?
Alarma 5Alarma 6
NONONO
Envió bitRA3
2
1
SISISI
NO
Gráfico 34. Diagrama de flujo del Software de Bajo Nivel (Microcontrolador PIC16F628A)
Costo del Sistema
Es un proyecto que no tiene competencia ni demanda de construcción
en el país, en Venezuela es requerida en varios centros hospitalarios pero
la falta de recurso de los mismos les impide obtenerla.
Puesto que dicha bombas es de fabricación Japonesa y traerla es
sumamente costoso.
Gracias a este equipo en el Hospital Central Antonio Maria Pineda de
Barquisimeto estado Lara podrán restaurarse el sistema electrónico de
las bombas dañadas y poder así poner nuevamente en marcha las
bombas que actualmente en la Unidad de Cuidados Intensivos (UCI)
estaban sin uso debido a fallas en el sistema electrónico. A continuación
se describirán los costos generales por cada modulo y su totalización:
54
Cuadro 13. Costos de los diversos módulos del sistema
Módulo Costo Bs.F Alimentación 210
Control 200 Visualización y
Selección
120 Motores 500
Sensores 170 Alarmas 90 Costo de
Programación
3000 Costo de Servicio
Básicos
350 Total 4640
El costo de recuperación del equipo se estima en 4640 BsF a la fecha,
siempre y cuando la parte mecánica se encuentre en perfecto estado.
55
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
Se comprobó que con la construcción de esta bomba multidosis, se
reduce el costo en comparación con las bombas importadas que
actualmente disponen los centros hospitalarios, por lo que esta bomba es
factible desde el punto de vista técnico y económico.
Considerando el precio de venta actual de equipos similares en relación
al del equipo presentado en este trabajo de grado, se evidencia una
significativa reducción de costos; lo que contribuirá eficazmente a la
producción del equipo a nivel nacional.
En el mismo orden de ideas se ha construido este equipo médico,
tomado en cuenta detalles técnicos y médicos necesarios, a tal efecto se
logro excelente nivel de precisión en la dosificación de medicamentos.
El rango de precisión que ofrece esta bomba, gracias a los motores
paso a paso y a su engranaje es de 0,1cc en adelante.
En relación a lo anteriormente citado, se ha elaborado un equipo
médico con tamaño, aspecto físico y manejabilidad requeridos de acuerdo
a su uso, brindándole las características ergonómicas y funcionales
requeridas.
El equipo dosificó correctamente las cantidades de soluciones
especificadas por el usuario.
La construcción y funcionamiento de la alarmas, se caracterizó por un
buen desempeño durante el uso del equipo (es importante señalar que
este punto es delicado, ya que permite detectar cualquier anormalidad).
56
Recomendaciones
Con la finalidad de lograr mantener y preservar el buen desempeño del
equipo, es necesario atender las recomendaciones siguientes:
a) Entrenar al personal que va a utilizar el equipo.
b) Realizar un plan de mantenimiento preventivo al equipo como se
referencia en el manual de mantenimiento.
c) Si se va a reemplazar el motor paso a paso por otro, ya sea por
que se dañó, verificar que coincidan con las especificaciones
técnicas, que sean las mismas del que viene con la unidad.
d) Leer detenidamente el manual de usuario y el manual de
mantenimiento antes de usar por primera vez el sistema, para
prevenir fallas en el manejo del equipo.
57
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Angulo, I. y Angulo, J. (2005). Microcontroladores PIC, Diseño Práctico de
Aplicaciones. McGraw Hill. Madrid, España.
Biomédica. (2009). Bombas de infusión. [Documento en línea].Disponible:
http://www.biomedica.com. [Consulta: 2009, Septiembre 28].
Brugaletta, J. (2005). Construcción de una bomba de infusión volumétrica.
Trabajo de Grado. Universidad Yacambú. Cabudare - Edo. Lara.
Geocities. (2008). Motores Eléctricos. [Documento en línea]. Disponible:
http://www.geocities.com/djbolanos/MOTORES.PDF. [Consulta: 2008,
Noviembre 10].
Mecánica. (2008). Cigueñal. Documento en línea]. Disponible: http://www
.mecanica.com/cigüeñal. PDF. [Consulta: 2008, Agosto 15].
Medina, M. (2004). Bomba de microinfusión por jeringa. Trabajo de Grado. Universidad Yacambú. Cabudare - Edo. Lara.
Pagina de Emergencias. (2008). Bombas de infusión. [Página Web en
línea]. Disponible: http.//www.paginas de
emergencias/equipos.html.[Consulta: 2008, Octubre].
Todoexperto. (2004). LCD. Documento en línea]. Disponible:
http://www.todoexperto.com/curso9899/Prac_LCD.htm. [Consulta:
2008, Noviembre 10].
58
Valero, C. (2007). Bomba de infusión de insulina con un control inteligente
basado en biosensores. Trabajo de Grado. Universidad Yacambú.
Cabudare - Edo. Lara.
Watios. (2004). Pulsadores. [Documento en línea]. Disponible:
http://es.watios.org /Bot%C3%B3 (dispositivo). [Consulta: 2004,
Febrero 27].
Wikipedia. (2002). Clasificación de los sensores. [Documento en línea].
Disponible: http://es.wikipedia.org/wiki/SENSORES/clasif. [Consulta:
2002, Noviembre 10].
Wikipedia (2008). Sensor. [Documento en línea]. Disponible:
http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor. [Consulta: 2008, Noviembre 10].
Wikipedia (2009). Sensor Efecto Hall. [Documento en línea]. Disponible:
http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor/efecto hall. [Consulta: 2009,
Noviembre 10].
59
ANEXO
60
ANEXO A
Manual de Usuario
61
Bomba de Infusión Multidosis
____________________________________________ MANUAL DE USUARIO
Andreyna Guevara Cabudare – Lara [email protected]
62
Propósito La Bomba de Infusión Multidosis está diseñada para el dosaje preciso
de soluciones. La bomba es especialmente eficiente para el suministro de
volúmenes en períodos largos con una gran exactitud.
La bomba está diseñada para:
v Servicios de Anestesia.
v Servicios de Cirugía
v Servicios de Cardiología
v Servicios de Cuidados Intensivos
v Entre Otros
Como características de la bomba podemos destacar la simplicidad en
el mantenimiento, opera en forma continua, y su versatilidad de
aplicaciones. Puede ser usada con un volumen de 1 a 1000 ml.
Las bombas pueden trabajar por algún período de tiempo sin estar
conectadas a la fuente de 120v. En caso de corte de corriente la bomba
seguirá funcionando ya que tiene una batería interna recargable, lo que
permite transportar un paciente cuando se esta pasando una infusión.
63
>
●
►
Descripción del Teclado
Tecla de respuesta positiva en un diálogo con la bomba (ACEPTAR).
Aceptar
Tecla de respuesta negativa en un diálogo con la bomba
Anular /Escape
Tecla para subir el volumen y flujo de la solución
Tecla para bajar el volumen y flujo de la solución
Tecla para purgar la vía (Bombas 1 y 2)
Programar los Parámetros de Infusión
1. Conectar el equipo a la red eléctrica o batería recargable
2. Presione la tecla de purgar la vía de las bombas.
3. Seleccione el uso de la bomba.
<
1. Multidosis 2. Individual
Presione Botón para Purgar
Purgar Vía
64
4. Presione la tecla subir/bajar del volumen y del flujo de la solución a suministrar.
Nota: Si selecciona el modo individual, saldrá en pantalla
Seleccione una de estas y luego continúe.
5. Si la puerta de una de las bombas se encuentra abierta se
presentará un mensaje, cerrarla y entrará al modo de uso de la bomba
6. Si aparece un mensaje “Aire en Línea” u “Oclusión, retirar el
macrogotero de la vía del paciente y purgar la vía.
7. En caso de equivocación, presione la tecla de anular/escape y entrará al menú de la Bomba.
Bomba Multidosis Vol _ A: 0 ml
Flujo _ A: 5 ml/h
Bomba Multidosis Vol _ B: 0 ml
Flujo _ B: 5 ml/h
Puerta X abierta cerrarla
1. Multidosis 2. Individual
Aire en Línea Bomba X
Oclusión Bomba X
Seleccione Bomba
1. Bomba A 2. Bomba B
1. Bomba A < 2. Bomba B
Bomba Individual Vol _ A: 0 ml Flujo _ A: 5 ml/h
65
ANEXO B
Manual de Mantenimiento
66
Bomba de Infusión Multidosis
____________________________________________ MANUAL DE MANTENIMIENTO
Andreyna Guevara Cabudare – Lara [email protected]
67
Advertencias
Para el funcionamiento correcto del equipo, debe prestar atención a las
siguientes advertencias:
v Sea cuidadoso en la colocación del macrogotero en la bomba.
v Asegúrese que el macrogotero no este torcido respecto al eje del
cuerpo de la misma y que los elementos de sujeción fijen el
macrogotero correctamente en su lugar. Una colocación incorrecta
del macrogotero en su lugar puede traer riesgo al paciente.
v Asegúrese que no hay rulos en la línea como así tampoco
posibilidad de torcer la misma, ya que esto puede traer como
consecuencia el obstáculo en el paso de la solución.
v Cuando la bomba detecta “aire en la línea” u “oclusión” de infusión;
el sistema se detiene por lo tanto el operador deberá remover las
causas de dichas alarmas.
v La bomba tiene una batería recargable la cual está diseñada para
dar poder a la bomba en ocasiones especiales como corte de
corriente, o en transporte de pacientes de una habitación a otra,
etc.
v Es necesario tener presente que la capacidad de la batería decrece
gradualmente.
v No use elementos cortantes (bisturíes, destornilladores, cuchillos,
entre otros.) para presionar las teclas de la bomba.
v Fije la bomba adecuadamente. Si la bomba se cae, no la use, ya
que la ausencia de daño exterior no garantiza que exista daño
interno.
v No desarme la bomba. En caso de necesidad consulte con el
servicio técnico.
v No sumerja la bomba en agua.
Ver manual de usuario
68
Mantenimiento
• Limpieza y Desinfección a) Cuando se realice una limpieza y desinfección, la bomba debe ser
apagada y desconectada. Después de desinfectarla espere por lo
menos 1 minuto antes de volver a conectarla. La limpieza y
desinfección de debe realizar con un paño embebido en solución
desinfectante. Se deberá usar una solución de alcohol etílico, o una
solución al 3% de un peróxido.
b) La bomba no deberá ser volcada para evitar que el desinfectante
entre en su interior.
c) La bomba no puede ser autoclavada.
• Reparación
a) Con el fin de asegurar una larga vida de la bomba (10 ó mas años),
es necesario chequear en forma periódica su estado, y reemplazar
las partes de acuerdo al tiempo transcurrido desde su primer día de
uso. Para esto consulte periódicamente al servicio técnico.
b) Revisar Batería y cambiar cada 2 años.
• Chequeo
Los siguientes chequeos son recomendables:
a) Operación de chequeo (examinación visual de la bomba, chequeo
de la batería interna, chequeo de la activación de las alarmas), en
periodos no mayores a una vez al año.
b) Testeo realizado por el servicio técnico. Este servicio debe ser
realizado cada 2 años, y debe ser realizado por el servicio técnico.