TRABAJO DE GRADO ANDREYNA GUEVARA

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


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


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


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)


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.


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.


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.


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.


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.


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


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.


Microcontrolador

PIC 16f628A

1

Cristal 20Mhz 1

Pulsador N/A 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.

TRABAJO DE GRADO ANDREYNA GUEVARA

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