Los desarrolladores ayudan a los esfuerzos de COVID-19 con diseños de ventiladores de bajo costo

Los ventiladores están diseñados para mantener el oxígeno en los pulmones y eliminar el dióxido de carbono. Son una herramienta importante para el tratamiento de casos graves de COVID-19 porque el virus puede atacar los cilios de los pulmones. Si esto sucede, se acumula moco en los pulmones y aumenta el riesgo de infección secundaria, lo que dificulta la absorción de oxígeno por los pulmones. Nos enfrentamos a muchas emergencias en este período de tiempo incierto, entre los que destaca la escasez de respiradores, ya que las instalaciones de salud se están derrumbando debido a la gran cantidad de pacientes con coronavirus. COVID-19 se está extendiendo muy rápidamente por todo el mundo. Debido a esta alta tasa de difusión, muchos recursos hospitalarios no están disponibles de inmediato. Muchas industrias y empresas están construyendo diferentes dispositivos médicos y de salud como mascarillas, respiradores, hisopos, medicamentos y ventiladores en un tiempo récord. Este último permite que las personas sigan respirando o respiren mejor, ya que el mayor problema del COVID-19 es el bloqueo de los pulmones ( Figura 1 ). En este momento de necesidad, las personas con orientación técnica han iniciado un gran proyecto de código abierto para planificar y producir dispositivos destinados a ayudar a los pacientes, incluidos los ventiladores. El proyecto ha contado con la participación de cientos de ingenieros, profesionales médicos e investigadores. Muchos diseñadores utilizan la impresión 3D y otras tecnologías para crear piezas de repuesto y equipos a pedido.

Figura 1:Un ventilador profesional (Imagen:Hamilton Medical)

¿Cómo funcionan los ventiladores?

Estos dispositivos ayudan a respirar al llevar oxígeno a los pulmones y eliminar el dióxido de carbono. El oxígeno se puede controlar a través de un monitor. El ventilador se conecta al paciente a través de un tubo que se coloca en la boca o la nariz. Los ventiladores modernos están controlados electrónicamente por una pequeña computadora integrada. Están clasificados como sistemas críticos para la vida y se deben tomar precauciones para garantizar que sean confiables.

Los proyectos

Varios diseños de ventiladores, muchos de los cuales también están presentes en GitHub, juegan un papel importante cuando los hospitales y los hogares no tienen suficientes dispositivos disponibles. Muchas ideas involucran la construcción de ventiladores rudimentarios de bajo costo que pueden ayudar a respirar durante una crisis pulmonar aguda. Sin embargo, estos son dispositivos que afectan las condiciones médicas de las personas. Por esta razón, se debe consultar a un médico y no se debe tener en cuenta la información aleatoria que se encuentre en Internet. De hecho, existen riesgos importantes con el uso de ventiladores, especialmente si funcionan a alta presión.

Dispositivo de ventilación de código abierto (PAPR) de bajo costo

Este proyecto está disponible en GitHub ( Figura 2 ). Es un dispositivo de bajo costo que, si se usa correctamente, puede salvar muchas vidas. Funciona a una frecuencia respiratoria programable (10-16 respiraciones / minuto) y puede generar una presión máxima en las vías respiratorias de hasta 45 cmH20, aunque superar los 20 cmH20 puede ser peligroso. Solo empuja el aire atmosférico (con un 21% de oxígeno). Para otras relaciones de oxigenación, se necesita equipo profesional, pero el dispositivo es útil y valioso en situaciones de emergencia cuando no hay alternativa. El proyecto aún está abierto a cambios y sugerencias. El creador está disponible para colaborar con empresas y proveedores para la producción en masa del dispositivo. De hecho, es posible que algunos componentes no estén fácilmente disponibles a corto plazo. El dispositivo sigue siendo mínimo. Sería interesante diseñar un sistema exhaustivo para minimizar la propagación viral. De hecho, solo funciona en entornos ya infectados, donde hay gotas que contienen virus suspendidos en el aire. La gestión de operaciones está confiada a Arduino. También se deben estudiar los sistemas y las soluciones para evitar que el ventilador se vuelva peligroso en caso de un corte de energía.

Figura 2:Un proyecto de ventilador (Imagen:GitHub)

El ventilador pandémico

Este proyecto está disponible en Instructables y se puede hacer con componentes fácilmente disponibles ( Figura 3 ). Aunque se basa íntegramente en técnicas de bricolaje, el objetivo es salvar vidas. Puede utilizarse como ventilador de emergencia. El número de personas que solicitarán este tipo de tratamiento probablemente será mayor que el número actual de ventiladores existentes. Los hospitales no pueden comprar todos los ventiladores que necesitan; Seria imposible. Este dispositivo tiene un diseño muy simple, pero utiliza un moderno sistema de control electrónico. Utiliza madera, cinta, bolsas de plástico, tubo roscado, válvulas solenoides, interruptores magnéticos y un PLC. El dispositivo se actualiza y mejora continuamente, tanto en características de hardware como de software. La información reportada en el proyecto advierte que el prototipo presentado tiene solo una finalidad experimental y no se han realizado pruebas de seguridad. De hecho, un ventilador es un dispositivo potencialmente peligroso y solo debe ser utilizado por un médico capacitado y certificado. Su uso, por tanto, se realiza bajo su propia responsabilidad. Básicamente consta del grupo de fuelles, que está compuesto por madera, válvulas y tuberías; un controlador PLC; algunos cables e interruptores; y una fuente de alimentación. Toda la unidad está montada sobre una pieza de madera contrachapada que mide 18 × 21 × 0,5 pulgadas. Se requieren válvulas normalmente abiertas y normalmente cerradas. Deben ser del tipo de solenoide de acción directa para operar con aire. También se necesitan accesorios roscados con cinta de teflón y adaptadores. El fuelle está hecho con una bolsa grande para congelador.

Figura 3:El ventilador pandémico (Imagen:Instructables)

Las válvulas están conectadas con tubería y montadas de tal manera que la T al fuelle se alinea con el centro de la unidad de fuelle. Aquí, se utilizan accesorios de tubería roscados con teflón. La bisagra de fuelle está hecha de cuatro piezas de 1,5 × 7 × 0,625 pulgadas. piezas de madera contrachapada y 1,5 × 1,5 × 17 pulg. pieza de madera, dos de 3 pulg. bisagras. y un 2 × 12,5 pulg. reforzamiento. Figura 4 Muestra algunos detalles de la construcción. El fuelle se hace atornillando las dos piezas inferiores de madera contrachapada al tablero de respaldo. La bolsa se sujeta entre las dos secciones de madera contrachapada durante el funcionamiento utilizando las tuercas y arandelas de los pernos de carro. El imán está conectado al extremo del fuelle cerca del polo del sensor y los sensores están conectados al polo del sensor. Para hacer la bolsa para los fuelles, utilicé una bolsa grande para congelador Ziploc. Corte la parte de la cremallera, inserte 0,5 pulg. tubo de plástico en el centro y use Tuck Tape para sellar y reforzar los bordes. El tubo debe sobresalir de la bolsa lo suficiente como para poder deslizarlo sobre el extremo del tubo de 0,25 pulgadas. sección del pezón de la tubería. La costura sellada de la bolsa de fuelle debe estar en la parte inferior de la sección de madera contrachapada. Instale la cubierta con bisagras y luego la tapa superior de 17 pulg. sección. Sujete junto con la abrazadera de 4 pulgadas de largo de 0,25 pulgadas. pernos de carro, dos tuercas y dos arandelas. La unidad de PLC es un Direct Logic 06 DO-06DR de Automation Direct. Sus unidades son de bajo costo, lo suficientemente flexibles y tienen una gran cantidad de software gratuito para programar. Puede utilizar otras unidades PLC y escribir su propio programa de control. Además del PLC, también necesitará una fuente de alimentación de 24 V y un interruptor de encendido / apagado para iniciar el sistema. El programa está escrito en Ladder Logic. Básicamente funciona de la siguiente manera:

• Abre la válvula 1 y cierra la válvula 2 hasta que el fuelle está lleno, lo que se indica cuando se cierra el interruptor magnético superior.
• Luego cierra la válvula 1, abre la válvula 2 y cierra la válvula 3 para que el fuelle pueda desinflarse y bombear aire al paciente.
• Cuando el fuelle desciende al límite inferior, el interruptor magnético inferior se cierra y luego la válvula 2 se cierra y la válvula 1 se abre nuevamente para rellenar el fuelle.
• Un temporizador permite que los pulmones del paciente se desinflen con la válvula 3 abierta. Cuando el temporizador expira, la válvula 2 se abre y la válvula 3 se cierra para iniciar el siguiente ciclo de respiración.

Aquí está el diagrama de cableado:

• Entradas
  • Interruptor magnético de fuelle superior X0
  • Interruptor magnético de fuelle inferior X1
  • Interruptor de encendido / apagado X2
  • C0 24 V
  • Todo vuelve al suelo
• Resultados
  • Y0 sin usar
  • Válvula de inhalación Y1 (V2)
  • Válvula de exhalación Y2 (V3)
  • Válvula de llenado de fuelle Y3 (V1)
  • Línea C0 de 120 VCA
  • Todo vuelve a la línea neutral

Figura 4:Algunos detalles de la construcción del ventilador pandémico (Imagen:TEMPO.CO)

>> Continúe leyendo sobre los esfuerzos de diseño de ventiladores adicionales descritos en el artículo completo publicado originalmente en nuestro sitio hermano, EEWeb.