Ingenieros open‑source diseñan ventiladores de bajo coste para reforzar la respuesta al COVID‑19

Los ventiladores mantienen oxígeno en los pulmones y expulsan dióxido de carbono, siendo indispensables para casos graves de COVID‑19. El virus daña las cilios pulmonares, causando acumulación de moco e infecciones secundarias que dificultan la absorción de oxígeno. Mientras los hospitales de todo el mundo luchan contra la escasez de ventiladores, se ha lanzado un aumento global de fabricación —mascarillas, respiradores, hisopos, medicamentos y ventiladores—. Los ventiladores permiten la respiración; el reto central del COVID‑19 es el bloqueo pulmonar.

En respuesta, una comunidad de ingenieros, clínicos e investigadores lanzó una iniciativa colaborativa open‑source para diseñar y producir ventiladores. Usando impresión 3D y otras técnicas de fabricación rápida, el proyecto crea repuestos y equipos bajo demanda.

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

¿Cómo funcionan los ventiladores?

Estas máquinas suministran oxígeno y eliminan dióxido de carbono bombeando aire a través de un tubo insertado en la boca o nariz del paciente. Los ventiladores modernos son controlados electrónicamente por computadoras embebidas y se clasifican como sistemas críticos para la vida, exigiendo los más altos estándares de fiabilidad.

Los proyectos

Numerosos diseños de ventiladores de bajo coste —muchos alojados en GitHub— cubren huecos cuando los suministros hospitalarios son insuficientes. Aunque pueden soportar crisis pulmonares agudas, afectan directamente condiciones médicas, por lo que la supervisión médica profesional es obligatoria. El uso indebido, especialmente a altas presiones, conlleva riesgos significativos.

Dispositivo ventilador open‑source de bajo coste (PAPR)

Este proyecto de GitHub (Figura 2) ofrece un ventilador modesto y asequible que puede salvar vidas si se usa correctamente. Entrega una frecuencia respiratoria programable de 10–16 respiraciones por minuto y puede alcanzar presiones máximas de vía aérea hasta 45 cmH₂O; sin embargo, presiones superiores a 20 cmH₂O son peligrosas. El dispositivo usa aire ambiente (21 % O₂); concentraciones de oxígeno más altas requieren equipos médicos dedicados. El proyecto permanece abierto a mejoras y el creador busca alianzas para producción en masa. La disponibilidad de componentes puede ser limitada, y el diseño es intencionadamente minimalista. Futuras iteraciones podrían incorporar mitigación de propagación viral. El dispositivo opera solo en entornos ya infectados, donde la contención de gotículas es esencial. El control se gestiona mediante un Arduino; se deben integrar salvaguardas contra cortes de energía.

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

El Ventilador Pandémico

Disponible en Instructables, este ventilador DIY usa componentes fácilmente disponibles (Figura 3). Está pensado como solución de soporte vital de emergencia. Con hospitales incapaces de adquirir suficientes ventiladores, la demanda probablemente superará a la oferta. El diseño es sencillo pero incorpora control electrónico moderno. Emplea madera, cinta, bolsas de plástico, tubos roscados, válvulas solenoides, interruptores magnéticos y un PLC. El proyecto se refina continuamente en hardware y software. Deja claro que el prototipo es experimental y no ha pasado pruebas de seguridad; solo clínicos certificados deben usarlo. El dispositivo consta de una unidad de fuelles de madera, válvulas, tuberías, un PLC, cables, interruptores y una fuente de alimentación, todo montado en una tabla de contrachapado de 18 × 21 × 0,5 pulgadas. Se requieren válvulas solenoides de acción directa y racores roscados con cinta de teflón. Los fuelles se construyen con una bolsa de congelador grande, reforzada con contrachapado y bisagras (ver Figura 4). El PLC usado es un Direct Logic 06 DO‑06DR de Automation Direct —una unidad flexible y de bajo coste con software de programación gratuito. Otros PLCs pueden sustituirse. Una fuente de 24 V y un interruptor de encendido/apagado inician el sistema. El programa ladder‑logic opera de la siguiente manera:

• Abrir Válvula 1 y cerrar Válvula 2 hasta que los fuelles se llenen (interruptor magnético superior cierra).
• Cerrar Válvula 1, abrir Válvula 2 y cerrar Válvula 3 para exhalar aire al paciente.
• Cuando el interruptor magnético inferior cierra, cerrar Válvula 2 y reabrir Válvula 1 para rellenar los fuelles.
• Un temporizador permite que los pulmones del paciente se desinflen con Válvula 3 abierta; al expirar el temporizador, Válvula 2 abre y Válvula 3 cierra para iniciar el siguiente ciclo.

Aquí está el esquema de cableado:

• Entradas
  • X0 interruptor magnético superior de fuelles
  • X1 interruptor magnético inferior de fuelles
  • X2 interruptor on/off
  • C0 24 V
  • Todos los retornos a tierra
• Salidas
  • Y0 sin usar
  • Y1 válvula de inhalación (V2)
  • Y2 válvula de exhalación (V3)
  • Y3 válvula de llenado de fuelles (V1)
  • C0 línea 120‑VAC
  • Todos los retornos a neutro de línea

Figura 4: Algunos detalles de la construcción del Ventilador Pandémico (Imagen: TEMPO.CO)

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