Funcionamiento de una incubadora

Medicina. Neonatología. Control de la temperatura. Termorregulación. Intercambio de calor. Bebés recién nacidos. Diseño del controlador. Señal de cosigna. Funcionamiento del circuito

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OBJETIVOS

  • Comprender los principios básicos del funcionamiento de una incubadora

  • Analizar las diferentes formas de controlar temperatura

  • Controlar la temperatura ambiente en sistemas reales

RESUMEN

El práctico consistió en diseñar el circuito del control de temperatura de una incubadora. Para esto contamos con una incubadora perteneciente a la cátedra de control de procesos, en la que probamos el circuito para comprobar su correcto funcionamiento.

La regulación de temperatura se realizo mediante un regulador de tipo proporcional. La señal alterna que alimentaba al calefactor (resistencia) estaba controlada por el ancho de un pulso proporcional a la señal de error.

Para la realización del práctico se debieron cumplir los siguientes requisitos:

  • Rango de control de temperatura: fisiológico 20 ºC a 40 ºC

  • Aislamiento de las masas eléctricas: mediante optotriacs u optoacopladores

  • Sensor de temperatura: opcional, según criterios del grupo

  • Tipo de control de temperatura: Proporcional.

MATERIALES UTILIZADOS

  • Transductor de temperatura : LM 35

  • Resistencias de diferentes valores

  • Transistor de potencia TIP 31

  • Operacionales : TL 084

  • Protoboard

  • Fuente de alimentación ±12 V

  • Osciloscopio

  • Buscapolos

  • Circuito 555

  • Optotriac MOC 3022

  • Triac TIC226D

INTRODUCCION TEORICA

Conceptos básicos de neonatología

En Neonatología, los principios básicos de asistencia al neonato son:

· Evitar su enfriamiento

· Adaptar la alimentación a sus necesidades

· Proteger de infecciones

Los neonatos, al nacer, se pueden clasificar:

· Según su edad gestacional:

· Pretérmino: menos de 38 semanas

· A término: de 38 a 42 semanas

· Postérmino: más de 42 semanas

· Según su peso en el momento de nacer:

· De peso adecuado: más de 2.500 gr.

· De bajo peso: entre 1.500 y 2.500 gr.

· De muy bajo peso: entre 1.000 y 1.500 gr.

· De muy muy bajo peso: menos de 1.000gr

Según su condición física al nacer (esto se determina mediante el denominado Test de APGAR, que consiste en una serie de pruebas realizadas al minuto de nacer que puntúa elementos del neonato tales como: el aspecto, el pulso, la irritabilidad, la actividad o tono muscular y la respiración):

· Puntuación de 7 a 10: neonato normal.

· Puntuación de 4 a 6: ligeramente deprimido, necesidad de oxigenoterapia ventilación

· Puntuación de 0 a 3: neonato crítico, necesidad de compresión cardiaca, ventilación, terapia intensiva inmediata.

Los neonatos, ya sean prematuros y/o de bajo peso, pueden presentar uno o varios de los siguientes problemas:

· Ausencia de reservas energéticas e inmadurez de mecanismos termorreguladores

· Pulmones inmaduros

· Tracto digestivo inmaduro

· Insuficiente desarrollo de sistema cardiovascular

· Insuficiente actividad hepática

· Escaso desarrollo del sistema inmunitario

Termorregulación

La termorregulación consiste en el control de la temperatura corporal por medio de:

· Regulación de parámetros fisiológicos que generan o controlan la distribución del calor

· Regulación de la temperatura ambiental controlando las pérdidas y ganancias de calor

Existen diferentes mecanismos de transferencia de calor:

PERDIDA DE CALOR

GANANCIA DE CALOR

Radiación

Radiación

Evaporación

Evaporación

Conveccion

Conveccion

Conducción

Intercambio de calor antes del nacimiento:

ð El niño en el útero transfiere calor a través de la placenta

· Para mantenerse el niño a 37ºC el útero debe estar 0.3 a 0.5ºC más frío

· La fiebre en la madre puede provocar un rápido incremento en la temperatura del niño

· El problema antes del nacimiento es como permanecer ¡FRIO!

Intercambio de calor después del nacimiento:

· Tras nacer el ambiente normal se encuentra 10 a 12ºC más frío que el útero

· Ahora el cuerpo del niño emplea energía para funciones que antes eran realizadas por la madre (oxigenación, digestión y crecimiento)

El reto es mantener al neonato dentro de la gama de temperatura en el cual sus limitados mecanismos químicos y físicos de regulación térmica sean capaces de compensar las variaciones de temperatura.

Una Incubadora debe tener como propósito mantener al paciente lo más cerca posible de la termoneutralidad.

Si esto se logra la ingestión de calorías se encaminara hacia el crecimiento en lugar de hacia el mantenimiento.

La incubadora

En general, una incubadora actual consiste en un habitáculo cerrado al ambiente por medio de unas paredes construidas con material transparente que permiten aislar al neonato sin perderlo de vista y permitiendo además la administración, si fuera necesario, de fototerapia. El habitáculo dispone de unos accesos o ventanas para poder acceder al neonato desde el exterior, la incubadora dispone de un sistema calefactor que hace circular aire dentro del habitáculo a una temperatura determinada para conseguir la temperatura deseada en el paciente, el mecanismo de aporte o cesión de calor al neonato es por lo tanto por convección, la circulación del aire es forzada, manteniendo un flujo de aire de la forma más constante y silenciosa posible por una turbina o ventilador. La entrada de aire se realiza a través de un filtro de impurezas así mismo la eliminación del CO2 producidos por la respiración del neonato se realiza por diferentes orificios practicados en la pared de la incubadora.

'Funcionamiento de una incubadora'

La circulación de aire caliente dentro de la incubadora se emplea también para humectar el aire circulante, esto se consigue haciendo pasar en mayor o menor medida el flujo de aire circulante por la superficie de un recipiente con agua situado en el interior de la incubadora que arrastra la humedad de la superficie del agua, es corriente que el sistema de humectación empleado sea inteligente y obtenga la humedad deseada por medio de un sistema de control y monitorización electrónico.

DISEÑO DEL CONTROLADOR

  • Diagrama en bloques del sistema:

'Funcionamiento de una incubadora'

  • Descripción del sensor LM35:

Rango de temperatura: 0 ºC a 100 ºC

Voltaje de trabajo: 12 V

Utilizamos este sensor por ser lineal, fácil de conseguir en el mercado y por que tiene una relación directa entre la temperatura sensada y el voltaje de salida (37 º C " 370 mV).

La salida del sensor debió se acondicionada para su uso. Pusimos un seguidor de emisor a la salida para adaptar impedancias, y luego amplificamos la señal aproximadamente 10 veces.

  • Señal de Consigna:

Es un voltaje de continua proporcional a la temperatura deseada por el usuario. Este voltaje se resta al sensado para obtener la señal de error. Esto se realiza

'Funcionamiento de una incubadora'

mediante un amplificador diferencial, la señal de error así obtenida se compara con la rampa para obtener el pulso regulador.

  • Rampa:

Para obtener la rampa que va a regular el ancho del pulso, cargamos un capacitor de 470 µF con una fuente de corriente continua de 1 mA de y lo descargamos mediante un pulso proveniente de un oscilador aestable a una frecuencia de 1 HZ, con estos valores obteníamos una rampa de pendiente 2,2 V/s, que excursionaba de 0 a 2 V en los 0,9 s del tiempo en bajo del astable, esto permitiría que en la regulación de potencia circulen varios ciclos de tensión de línea por la resistencia, lo que dejaría que la resistencia logre disipar el calor de su estructura.

'Funcionamiento de una incubadora'

El pulso proveniente del aestable satura un transistor de potencia que descarga el capacitor en 0,1 seg. Cuando la señal cuadrada esta en bajo, el transistor esta en corte y la fuente de corriente carga el capacitor.

  • Etapa de potencia:

Para la etapa de potencia, aislamos el circuito de baja potencia con un optotriac, que comanda un triac dejando circular corriente por la resistencia cuando la salida del comparador está en alto.

FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO

El circuito recibe la señal acondicionada del sensor, que se resta a la señal de consigna para obtener la señal de error, esta se compara con la rampa. Cuando la temperatura de la incubadora es muy inferior a la de consigna, la salida del comparador hará que la resistencia caliente en forma permanente. Si la temperatura excede a la de consigna, la salida del comparador caerá a cero apagando la resistencia, hasta que el error disminuya, entrando el circuito en la zona de regulación.

Cuando la temperatura sensada es igual a la de consigna, la señal de error es aproximadamente el valor medio de la rampa, haciendo que el calor generado por la resistencia se iguale a las pérdidas de la incubadora manteniendo así la climatización de la misma.

'Funcionamiento de una incubadora'

RESULTADOS

Conectamos el circuito a la incubadora y comprobamos el funcionamiento de dos formas:

  • Medimos con el osciloscopio en distintos puntos para verificar que las señales fueran las esperadas.

Mantuvimos la punta del osciloscopio en la señal que llagaba a la resistencia calefactora, y comprobamos que al acercarse al valor de consigna disminuían la cantidad de ciclos de alterna que pasaban por el triac.

Aumentamos la temperatura por encima del valor de consigna y comprobamos que dejaba de pasar señal, hasta que la incubadora se enfrió hasta el valor deseado.

  • Con el termómetro de la incubadora controlamos que el circuito regulaba correctamente la temperatura.

Comprobamos que el circuito tenía una inercia de calentamiento bastante grande, lo que se condice con la fisiología del neonato.

CONCLUSIONES

El práctico nos permitió aplicar los conocimientos teóricos adquiridos en la materia, como también en materias anteriores a Control de Procesos.