El Aircheap, un respirador ultraeconómico hecho en casa

editado 16 de abril en Prototipos
Para empezar diré que el proyecto lo llamaré "Aircheap", lo cual ya da una idea de por donde van las intenciones. Y además, como la mayoría de la gente durante esta complicada crisis del Covid-19, estoy confinado en casa, sin acceso a materiales básicos que en circunstancias normales podría comprar en una ferretería, aunque sí tengo bastante electrónica y algunas cajas en el trastero que nunca se sabe qué pueden contener...

Así pues, mi "equipo de desarrolladores" se reduce a mi persona, las titulaciones las que tengo y mi "laboratorio" es la reducida habitación donde hay un par de ordenadores, materiales de Arduino, algunos de mis anteriores proyectos y cajas apiladas que contienen placas y elementos aprovechados del reciclado de viejos aparatos, también dispongo de un taladro a baterías, un Dremel y las herramientas típicas de electrónica, tésters, osciloscopio, generadores y fuentes, casi todo ello de los años 70 y 80, así que no me hago ilusiones sobre la sofisticación del resultado ...Pero el tema surgió en un hilo de Telegram en que discutíamos tecnologías de respiradores, y las descripciones, la mayoría de las veces bastante superficiales o incluso erradas que aparecen sobre estas iniciativas en los medios de comunicación, y entonces me planteé el reto de construir un respirador básico pero más o menos funcional en el plazo de una semana...

...Y este hilo ésta será la historia de tal empeño, así que tomad estos mensajes con indulgencia y, por favor, aguantaros las risas por algunas de las cosas que veréis...

Un saludo a todos

Llorens
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Comentarios

  • editado 16 de abril
    Añado al primer mensaje las aclaraciones de que este respirador es un "ejercicio de confinamiento", como quien hace un puzzle, pero más divertido, sin intención de producirlo en serie o de obtener por él rédito comercial alguno, y naturalmente tampoco entra en mis previsiones acudir a la Agencia del Medicamento para iniciar un proceso de "autorización" que en el momento en que se planteó, tengo que decirlo, no encontré demasiado adecuado a la urgencia de las circunstancias. Por mi parte tendré suficiente recompensa si algo de lo que hago puede servir a otros como fuente de ideas para sus propios desarrollos...

    Vale, el primer día, rebuscando en el trastero encontré algunas pequeñas piezas que tal vez podrían ser útiles y un par de palmos de tubo de plástico, aunque éste demasiado rígido para lo que necesito ...y también algo que no recordaba, los restos de un aeromododelo a escala de un A-10 Warthog, sólo el fuselaje, ya que siempre fue un avión de pésimas características de vuelo, muy inestable, que volaba fatal y cada dos por tres acababa con las alas rotas en el suelo.




    ...Pero esta mala copia china de un excelente avión de ataque a tierra real sí tiene algo interesante ...dos preciosas turbinas eléctricas que pueden ser útiles en mi proyecto Aircheap...




    Las turbinas son tan sólo de un diámetro interno de 5,5 cm, de 6 palas y propulsadas por un motor "brushless" (sin escobillas), pero recuerdo que pese a su pequeño tamaño daban suficiente aire como para levantar la falda a Marilyn Monroe...




    Todo el avión es de poliestireno expandido, así que no fue difícil cortar las góndolas de los motores y abrirlas con cuidado, pudiendo ver el cuerpo de la turbina y en su parte trasera el propio motor...




    Ya tengo el conjunto turbina-motor "limpio". El motor propiamente dicho es el pequeño cilindro con la cabeza azul. Es del tipo trifásico de imanes de neodimio y su estator de 6 polos está estudiado para conseguir alta velocidad de giro, ya que estas turbinas han de girar al menos a 45.000 RPM para tener algo de rendimiento...




    ¿Y cuanto puede costar este dispositivo? ...dato importante en la filosofía "Aircheap" ...pues teniendo en cuenta lo que costó la totalidad del avión, seguro que podría encontrarse por algo menos de 10 €. ¿Y me servirá para el proyecto?, pues aún no lo sé, volumen de aire va a sobrar pero el verdadero hándicap puede estar en la falta de presión...

    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • editado 16 de abril
    Por lo que estoy leyendo sobre el tema, en la respiración las presiones de aire implicadas son muy bajas, del orden del 2 % de la atmosférica, así que el único manómetro que tengo en casa del compresor para el aerógrafo, con una escala hasta los 6 bares, no me sirve en absoluto. En cambio sí será fácil construir un manómetro de columna de agua...

    La presión de 1 atmósfera equivale aproximadamente a la que ejerce una columna de agua de 10 metros de altura, y el 2% son 20 centímetros. He rebuscado en cajas y he encontrado un tubito de cristal de 5 mm de diámetro interno y 55 cm. de longitud que sin duda me servirá...

    También necesito un recipiente con tapa hermética, y lo tengo en forma de esos pequeños botes de plástico que se utilizan para guardar muestras de orina para los análisis. Tengo un par en casa que compré hace tiempo para una experiencia del decaimiento de la actividad del Radón-222... Así que materiales no me van a faltar para esto, pero antes de montarlo debo resolver otro problema, el de fijar la turbina de aire para que no salga volando por si sola y hacerle una embocadura en la parte trasera donde conectar el resto de sistemas del respirador Aircheap...

    ...La improvisada solución ha sido cortar con unas tijeras una botella de plástico de Coca-Cola de 300 cm3 y con un soldador de aire caliente graduado a 200 Cº ir reduciendo el diámetro con cuidado hasta que se adapta perfectamente a la salida de la turbina...




    ..Después simplemente he fijado ambas piezas con cinta americana y utilizando un par de bridas he montado el conjunto sobre un rectángulo de tablero aglomerado...

    También debo pensar en un control básico de revoluciones. Estos motores "brushless" dan una alta potencia para su tamaño (éste tal vez puede alcanzar los 200 W) y ya he comentado que son trifásicos. El control se efectúa con unos módulos llamados variadores, que para la corriente máxima de control de 25-30 Amps. valen unos 2-3€, y que convierten la corriente continua de la batería en la trifásica que hace girar el rotor. Su funcionamiento es algo complicado porque no solamente han de suministrar una frecuencia variable para que gire a diversas revoluciones, si no además sincronizar perfectamente las fases para que en cada momento correspondan a la posición física del rotor de imanes respecto a los entrehierros de las bobinas del estator, con ángulos de avance, autocorrecciones y configuraciones internas programables que son gestionadas por un pequeño microcontrolador con el código embebido presente en su circuito...




    ...Pero estos detalles, siendo interesantes, no nos deberían preocupar ahora. Lo principal es ver cómo podemos controlar el motor con un Arduino. Pues resulta que el variador tiene un cable de salida con un conector tipo servo, y responde exactamente igual a los impulsos de control de duración variable entre 1 y 2 milisegundos. Además, la mayoría de los variadores tienen otra función útil, que alimentado en este caso a 12 Vcc, proporcionan a través del cablecillo rojo del positivo del servo, los 5 Vcc necesarios para la alimentación del Arduino...

    Vale, como placa de control elegí un Arduino Nano, más que suficiente para lo que necesito, y que inserté en conectores que previamente había soldado a un pequeño rectángulo de circuito impreso...




    ...A la vez, añadí un potenciómetro para el ajuste básico de marcha del motor y un par de condensadores de filtro, para esta función siempre por pares, un electrolítico de media capacidad, unos 220 uF, para absorber las alteraciones mayores y de frecuencia más baja, y uno de poliester de 22 nF que con su baja impedancia absorberá los transistorios de alta frecuencia...

    A sí que una vez acabado el circuito básico lo probé con un simple servo al que hace tiempo le añadí una aguja y un dial graduado en tiempos de microsegundos. Este artilugio me ha resultado útil en muchos montajes con servos para tener una referencia tanto del buen funcionamiento del hardware como de los parámetros de software...




    El programa inicial también era muy básico, utilizo la librería "servo.h", leo la señal analógica del potenciómetro a través de A0 y la salida de control de servo va al pin3. También hay una instrucción Serial.print() para enviar al PC el valor de la variable de control...




    Continuará...

    Un saludo a todos

    Llorens
  • editado 16 de abril
    Volvamos al manómetro. El recipiente ya he dicho que ha de ser hermético, ya que es importante que para esta función no pierda ni pizca de aire. Las conexiones las hice con tubito de silicona que tenía guardado para los sistemas de combustible de los viejos motores glow y los terminales son trozos de tubo de latón de una vieja antena de radiocasette, que nos proporciona distintos diámetros concéntricos y retirando la fina capa de cromo se suelda muy bien...




    Ya tengo el sistema fijado sobre un tablero. El tubo vertical que forma la columna lo he sujetado a la tapa del frasco con un pequeño triángulo de aglomerado. La turbina está en la parte superior izquierda y debajo de ella pude verse el variador...




    Aquí se aprecia mejor el manómetro. La entrada de presión, el tubo vertical graduado cada centímetro con resaltes en los 5 y 10, con rotuladores de tinta permanente, y el agua que he teñido con azul de metileno para que la columna sea más evidente...




    Bien, al darle corriente al sistema y girar el potenciómetro de regulación, la turbina ha arrancado normalmente, y la columna de agua ha subido al instante por el tubo. He medido un máximo de 14,5 cmH2O, lo cual siendo una presión algo baja la considero suficiente para esta fase del proyecto...




    La tabla de equivalencias entre la variable de control de la turbina y la presión obtenida en cmH2O, es:

    64 - 2
    67 - 3
    69 - 4
    73 - 5
    76 - 6
    79 - 7
    82 - 8
    86 - 9
    90 - 10
    95 - 11
    102 - 12
    112 - 13
    120 - 14

    ...Es decir, del margen de regulación teórico de 0-180 según la orden servo.motor(), el motor arranca a 64 y acelera hasta 120, punto a partir del cual ya no aumentan las revoluciones... El motivo del bajo límite superior supongo que tiene que ver con que la turbina no trabaja de la forma que calculó el fabricante, con la salida de aire libre y con una velocidad de entrada media de 80-100 Km/h, que serían las condiciones normales de vuelo, si no que está quieta sin moverse y su parte trasera se encuentra cerrada por la embocadura. En estas condiciones dudo que alcance las 15.000 RPM, una cuarta parte de la velocidad de giro que sería normal.  

    Bien, ahora lo siguiente será construir el medidor de presión electrónico basado en un económico sensor BMP180, cuyo precio es de alrededor de 1€ y calibrarlo con el manómetro de columna para que luego sus señales puedan ser utilizadas por el programa.




    La adaptación del sensor BMP180 para conectarle un tubito de presión ha ido bien, cuidando en que quedase sólido pero sin calentar excesivamente el propio sensor. Después lo he conectado al bus I2C del Arduino mediante un conector para poderlo separar o cambiar en caso necesario...




    Una "T" también construida con tubito de antena de radiocasette soldada me permitirá dar presión de forma simultanea al manómetro de columna de agua y al sensor BMP180, para poder calibrar este último...




    En este caso la presión variable la creo mediante una simple jeringa de plástico, ya que pienso obtener las equivalencias hasta los 55 cmH2O, cuando la turbina sólo llega hasta los 14,5 cmH2O...




    Con el software de adquisición de datos de presión he tenido algunos problemas, puesto que las descripciones que he encontrado del BMP180 son bastante parciales, sobre todo en cuanto a la configuración interna del sensor respecto al oversampling para mejorar las lecturas...




    A los datos obtenidos les he restado una parte del pedestal y los he reflejado en un gráfico de excel que me ha salido bastante lineal. Los valores de presión entre 0 y 15 cmH2O arrojan lecturas entre 467 y 824, un margen bastante bueno para ser utilizado por el Arduino...



    Continuará...

    Un saludo a todos

    Llorens

  • editado 15 de abril
    Al tercer día del reto, rebuscando materiales para proseguir con el respirador Aircheap, tras una maceta de la terraza encontré un verdadero tesoro para mi escasez de elementos de fontanería, un tubo de ducha roto que debió quedarse ahí olvidado medio año atrás, cuando recuerdo que lo cambiamos porque perdía agua por un extremo. Así que retirando la envoltura de acero inoxidable y descartando el trozo roto, ya tengo algo de tubo flexible, también sus terminales y un aspersor con válvula que a buen seguro acabaré utilizando para algo...




    Con los nuevos accesorios pude construir un nuevo terminal tipo tapón "Coca-Cola" para acoplar el tubo a la salida de la turbina, y también modifiqué otro tapón acoplándole una salida doble hecha con tubo de antena, una para el diámetro del nuevo tubo y otra del diámetro mucho menor para el tubito directo de los medidores de presión, que con el reducido diámetro del tubo de suministro principal siempre es mejor tomar junto a la boquilla del respirador, que a la salida de la turbina...




    Este día también tenía pensado construir el "pulmón artificial" que necesito para valorar las primeras pruebas del respirador, pero como no tengo ningún "ambus" ni puedo conseguirlo, utilicé un elemento flexible más habitual en muchas casas, que colocaré como las hojas de un libro, entre dos rectángulos de aglomerado unidos por bisagras...






    Y aquí se devela el misterio del elemento flexible de mi "pulmón artificial casero", que es nada más ni nada menos que una simple "bolsa de agua caliente" de toda la vida, a la que enrosqué el tapón de doble embocadura modificado antes.




    ...Pero pienso que no basta que un recipiente sea flexible para imitar el comportamiento mecánico pasivo de un pulmón, si no que debe ofrecer una cierta resistencia al hinchado que además se incremente de forma exponencial al aproximarse a su capacidad de llenado, que además deberemos poder variar. Para ello le añadí sobre la parte plana 300 gr. de chapas metálicas acumulables de 100 gr. cada una, de las que dispongo hasta de 7, y una varilla-guía con un tope ajustable con un muelle que aportará el incremento de la progresividad final...




    En la siguiente imagen se ve mejor el mecanismo de ajuste del "pulmón", manteniendo el peso de tarado de 300 gr. y el ajuste de volumen más o menos a media capacidad...




    Al acabar este montaje ya era de noche y no quise molestar a nadie con el silbido de la turbina, pero soplando ligeramente por el tubo de carga-descarga observé como el "pulmón" se hinchaba manteniendo una presión media de 4-5 cmH20 hasta llegar al tope de expansión, en que la presión subía de forma exponencial hasta que la columna de agua alcanzaba el valor previsto en el tope de expansión, en este caso de 12-13 cmH2O...




    ...Así pues, mañana, en un nuevo día de forzado confinamiento por el Covid-19 y cuarto del proyecto, aprovecharé para añadirle al "pulmón" una escala calibrada y comenzar la programación del Arduino para controlar los ciclos de respiración, inicialmente con posibilidad de regular la velocidad de ciclo, y en un segundo estadio que pueda además establecer las presiones máximas y mínimas durante el ciclo...

    Continuará

    Un saludo a todos

    Llorens
  • editado 16 de abril
    El cuarto día comencé con el software que regulará los sistemas del Aircheap. En principio los parámetros configurables serán los ciclos por minuto de respiración y la forma de dichos ciclos, que divido en aspiración, meseta y espiración. En una segunda fase añadiré el control de las presiones de pico y PEEP, y en una tercera seguramente trigger por flujo... El sistema de regulación se basará en botones y un display LCD, o tal vez aproveche el potenciómetro para establecer los valores en el display y tres botones para memorizarlos... aún no lo sé...

    También instalé y calibré un dial de volumen de aire en el "pulmón" que debería llamar "de prueba" mejor que "artificial", ya que sólo es un símil de la parte mecánica pasiva de la respiración. Para ello no podía utilizar agua, ya que se distribuye en el interior de la bolsa de manera distinta al aire, con lo cual su forma y por tanto la lectura sería distinta.

    ...Así que condicionado otra vez por los materiales que tengo en casa, creo haber conseguido cierta precisión mediante un sistema intermedio con una botella de Coca-Cola de 1,2 l, que he graduado cada 50 cm3, y que al ir llenándola de agua trasvasaba la misma cantidad de aire al pulmón...




    En todos los sistemas físicos, incluso en los más sencillos, surgen siempre variables imprevistas. Una de ellas ha sido el distinto "aplastamiento" de la bolsa dependiendo del tarado de peso que se coloque. En principio no debería afectar demasiado, sólo a la presión, pero no a la altura (puesto que el volumen con presiones del 1,2% de la atmosférica, apenas disminuye) ...pero como el punto de apoyo principal de la tabla superior se va desplazando hacia las bisagras a medida que sube, el peso es más significativo porque cambia sensiblemente la forma y la superficie de contacto. Por ello, al final el dial tiene dos escalas, una para tarado de 0 gr. y la otra para 300 gr (y si fuera necesario podría añadir una tercera e incluso una cuarta). Las escalas miden el volumen de llenado de algo más de 1 litro (1,1 para 0 gr, y 1,2 para 300 gr.), volúmenes superiores a los que utilizaré puesto que estos respiradores normalmente funcionan entre 500 y 800 cm3.




    En la siguiente imagen el "pulmón" está hinchado a 800 cm3 y comienza la fase de aumento exponencial de presión al hacer tope el muelle amortiguador. Para cambiar este punto de ajuste se puede subir o bajar el soporte sujeto al eje con dos tornillos. Luego, una vez vuelto a fijar, se ha de mover el dial para reajustar el cero de la escala... Naturalmente, si se desea una progresión exponencial diferente en el punto de máximo hinchado, basta con sustituir el muelle por otro de distinta longitud y rigidez...




     Y por fin, en la tarde del cuarto día pude decir lo mismo que Kenneth Branagh en "Frankenstein de Mary Shelley" ...It's alive... La función básica del respirador está funcionando, aunque de momento sólo por control por tiempos. No obstante, aplicándole una mascarilla que cubra la boca y la nariz, ya podría mantener las respiración, con algo de "debreathing" al no tener válvulas unidireccionales, cierto, pero todo se andará... 



    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens




  • editado 17 de abril
    Hoy, quinto día, he seguido trabajando con algunos accesorios. En otra de las cajas del trastero he encontrado una vieja mascarilla de pintar, un par de codos de plástico y un tubo de descarga de lavadora que sobró de cuando la cambiamos...




    Sustituyendo el filtro de la mascarilla por un disco de plástico cortado de un cartel, la convertiré en un sistema de respiración no intubada.




    La unión de las piezas la realizo con un soldador a 300 Cº, que puede fundir zonas del plástico sin quemarlo. El resultado es bastante bueno. Para el terminal de la turbina he utilizado otro tapón de Coca-Cola, ahora con un diámetro de salida mucho mayor...




    Solo he añadido 60 cm de tubo, puesto que de momento no hay válvulas antirretorno, y por tanto el aire expirado sale por el mismo tubo de entrada, con lo cual una parte la vuelves a respirar. El sistema definitivo llevará dos válvulas, una de ellas de control eléctrico...




    Otra imagen de la mascarilla, que ya está algo pegajosa por los 15 o 20 años que debe tener... Pero de momento es lo que hay en casa... Venga, sigo con el software que el sensor de presión BMP180 me está dando problemas de inercia ...Voy a tener que construir yo uno desde cero...




    Una vez acabado, he estado probando mi improvisado "respirador de mascarilla", en este caso sin control de presión, debido a los repetidos problemas de precisión que me da el sensor BMP180. Pero no es un problema, ya que esta turbina da un máximo de 14,5 cmH2O, y si fuera necesario PEEP bastaría con modificar la marcha mínima del motor. Así que he relajado mis pulmones y he dejado que la máquina me los fuera llenando cíclicamente, y a los 20 minutos seguía vivo y sin síntomas de falta de aire. Por tanto, todo bien...

    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens

  • Ayer, después de decidir prescindir del BMP180, también probé un sensor de presión que tenía de hace algunos años en las cajas de materiales. Es el típico DIL de 6 patas con el tubito de entrada en la cara superior. En cuanto al tipo sólo indica las siglas MRL5G, pero no encuentro ninguna referencia a este modelo en la red. No obstante tiene la pinta de ser un puente de flexoresistencias como el más conocido MPS20N0040D...




    Con un téster averigüé el conexionado interno y lo conecté a dos entradas analógicas del Arduino. Luego, corriendo un sencillo programa y dándole presión con la jeringa comprobé la respuesta en cifras en la pantalla del PC. Partiendo de valores medios de 513 sobre un máximo de 1023, y con presiones aproximadas ente -0,5 y +1 Atm, variaron +/- 40 unidades, es decir, muy poca resolución. Después lo probé en paralelo al manómetro de columna y en la variación entre -5 y +55 cmH20, las cifras no se movieron...

    ...Naturalmente le podría haber añadido un amplificador operacional, pero no quise complicarme la vida con otra fuente de inestabilidad y encima encontrarme con una respuesta semejante al BMP180...




    En ebay naturalmente que encontré sensores a manta, incluso de los parámetros de baja presión que necesito, como el MPX10DP, de 10 KPa, más o menos 100 cmH2O, pero estamos en lo mismo, vale casi 30 €, tardaría un mes en llegar desde China y además el "reto de confinamiento" de este diseño es hacerlo con las cosas que tengo en casa...

    Así que me acosté pensando en el problema, y algo debió procesar el subconsciente porque esta mañana me he despertado con la intención de construir yo mismo un sensor más adecuado a lo que necesito...

    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • ...Una de las ideas es fabricar un sistema óptico de infrarrojos que detecte el movimiento de una membrana, bien por reflexión, por interrupción de haz o incluso por transmisión a través de la misma membrana si ésta es transparente ...pero otra idea, creo que más original, es utilizar uno de estos pequeños altavoces de membrana plástica de los que tengo unos cuantos de viejos teléfonos desguazados. He pensado que tapando el frontal como zona hermética, al desplazarse su membrana por el cambio de presión debería cambiar la inductancia de su bobina, ya que entraría más en el entrehierro del imán...

    Así que de forma muy rápida he realizado una prueba de la última idea, convertir un mini-altavoz reciclado en un sensor sensible de presión para el margen entre 0 y 40 cmH2O...



    Así que he tapado el frontal con un círculo de plástico y pegamento termofusible y le he fijado un tubito de entrada de presión, con lo cual queda un volumen hermético delimitado por el frontal de la membrana interna...



    ...Y bingo...!!! Conectado a un medidor de inductancias y variando la presión entre 0 y 40 cmH2O mediante la jeringa, su valor pasa de 59 a 40 uHenrios, lo cual es más de lo que esperaba y sin duda se puede aprovechar... Además no parece tener histéresis y la repetibilidad de los valores es perfecta...





    El caso es que al aumentar la presión y por tanto la membrana deformarse hacia el interior, la bobina entra más en el entrehierro y la inductancia debería aumentar, pero en cambio disminuye. La explicación puede ser una falsa lectura debido al aumento de las pérdidas por corrientes de Foucault, ya que el tester utiliza corriente alterna para realizar la medida...

    Vale, utilicemos otro sistema. le añado un condensador de 1,5 Kpf en paralelo para formar un circuito tanque, y buscando una resonancia la encuentro sobre los 330 Khz, en estas condiciones la variación de la amplitud con el cambio de presión es muy evidente. Las primeras pruebas me indican que para esta gama de bajas presiones este improvisado sensor puede comportarse 100 veces mejor que el BMP180...



    Ahora se trataría de mejorar las respuesta y ver cómo el Arduino me puede generar la señal de alta frecuencia correspondiente sin interferir con el programa. Con los timers es posible, pero pueden interferir con las librería servo.h. Casi mejor utilizar un NE555 adicional...

    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens


  • editado 18 de abril
    Regresando a mi sensor SPS (Speaker-Pressure-Sensor), en una prueba posterior he aumentado su dinámica cambiando la cámara de presión a la parte trasera de la membrana. En este caso al subir la presión la bobina sale del entrehierro, disminuyen las pérdidas, aumenta el factor de calidad Q y la respuesta es mayor, con un margen de tan sensible como de tan solo 10 cmH2O...

    La señal de salida es de 0,25 Vpp a presión 0 y de 0,5 Vpp a 10 cmH2O, señal que puede doblarse con un rectificador de onda completa y entrarse directamente en una entrada analógica del Arduino, que con una Vref de 1,1 volt da una resolución más que excelente...

    ...Pero este sensor tiene ahora demasiada sensibilidad, y para disminuirla pruebo de cargar la membrana con un disco de plomo de 40 gr. El margen dinámico se extiende ahora de -5 a +20 cmH2O, entre 0,2 y 0,5 V. lo cual me parece una excelente respuesta...



    Y no obstante, el sistema de la carga con un peso no me parece elegante, así que lo cambio nuevamente por un muelle. De esta manera no será sensible a la posición de montaje y además, variando la tensión del muelle permitirá ajustar la escala a lo que necesito, en este caso a 2 KPa (20 cmH2O)...



    Así pues, maña intentaré montarlo en el Aircheap, calibrarlo y configurarlo en el programa, a ver que resultados puedo obtener...

    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • utiliza el BMX10DP asociado a un  ADS1115 funciona perfecto yo ya lo estoy probando actualiza las mediciones en forma instantanea y tiene mucha presicion
    el ADS1115 lo configure como diferencial y en una escla de 0.256 volts el BMX10DP te entrega 3,5mv por kilopascal
  • editado 18 de abril
    Gracias, Diazomar2004, lo pediré por ebay, sin duda mejorará las lecturas. Pero habrás visto que la idea-reto del Aircheap es construir el sistema con los materiales que tengo en casa, donde a causa de esta crisis llevo confinado un mes. La ventaja de este improvisado sensor-frankenstein es que con una sensibilidad a fondo de escala de 2 kilopascales (que de momento es lo que necesito) me está dando directamente una señal incremental de 250 mV, que al ser alterna de alta frecuencia y rectificada con un doblador de onda completa me dará algo más de 500 mV, que a su vez será perfecto para entrar en el Arduino en que un "analogRead()" debería obtener una resolución de lectura sobre las 25 unidades por cada centímetro de columna de agua, es decir por cada 0,1 KPa, y con total estabilidad. Su dinámica también debería ser alta, pero esto lo veré cuando lo pruebe. Ya daré noticias de ello...

    Repito las gracias y un saludo...

    Llorens 
  • Un poco a trompicones he seguido trabajando en el sensor de presión para el respirador Aircheap, y después de algunas variaciones ya lo tengo montado en su circuito impreso, excitado por su propio oscilador basado en un NE555...




    El oscilador NE555 no es el ideal en cuanto a estabilidad a 400 Khz, pero fue imposible utilizar un Timer del Arduino, porque estaba muy cerca de los límites y además interfería en el comportamiento de algunas funciones del programa....




    Las tomas de señal para el ajuste son sencillas, una es el frecuencímetro y la otra es comprobar con el osciloscopio la forma de onda...




    La frecuencia de resonancia es de 401 Khz a la presión de 0 cmH2O y de 456 Khz a 20 cmH2O. El punto de funcionamiento lo establezco a 380 Khz, donde se obtiene una buena respuesta de subida, con valores leídos por un analogRead() de Arduino de 676 a 0 cmH2O y 972 a 20 cmH2O...




    La forma de onda del circuito-tanque altavoz-condensador (1 nF) es bastante senoidal, a pesar de ser excitado mediante la onda cuadrada del NE555, y por la deformación adicional que crea el rectificador-doblador de onda completa...



    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • Otro dispositivo del Aircheap que he realizado son las válvulas antirretorno. También construidas, como no, con un coste 0 € a partir de una botella de plástico de Coca-Cola. De una parte cortando el cuello a la altura del resalte, y de la otra lijando el tapón con papel de grado creciente para conseguir una superficie lo más plana y fina posible.




    Las partes de la improvisada válvula son el tapón que antes he lijado y al que he practicado un agujero central. Un disco de caucho que hará de membrana y que era uno de los apoyos antideslizantes de la caja de un viejo PC ...Y el cuello de la botella donde he insertado una cruz hecha con hilo de cobre de 1 mm, que delimitará la posición y le movimiento de la membrana...




    Una vez insertada la membrana de caucho entre las dos piezas de plástico, las he soldado entre sí con calor, pero cuidando que no se deformasen, para lo cual he utilizado un soldador de temperatura regulada. Hay que ir con cuidado especialmente en el tapón rojo, que parece de PVC y funde a una temperatura bastante más baja que el plástico transparente del cuello de la botella...




    Aquí se observa el disco de goma actuando como membrana de obturación, que sólo puede moverse entre el tapón y la cruz de cobre. La distancia libre debe ser como máximo de 2 mm, y puede ajustarse añadiendo con cuidado gotas de estaño a los brazos de la cruz...




    La membrana de obturación ha demostrado ser muy sensible, abriendo el paso cuando el aire va del tapón rojo hacia el cuello de rosca, y cerrando al instante cuando va la revés...




    Esta válvula va enroscada a la salida de la boquilla de la turbina, y a la vez, en el macho de salida es donde se enrosca su vez el acoplador del tubo flexible que va a la mascarilla. Este último acoplador tiene además la toma para el sensor el sensor de presión...




    Una ampliación de la imagen anterior. El diámetro de esta válvula es suficiente para un buen paso de aire en sentido directo y a la vez causa una pequeña caída de presión al aspirar, caída que puede detectarse por software y utilizarla como trigger de la modalidad de respiración asistida...




    Continuará...

    Un saludo a todos

    Llorens
  • He seguido trabajando en las válvulas antirretorno del Aircheap, en este caso en la de salida situada en la mascarilla. Básicamente he hecho lo mismo que con la anterior, un disco de caucho y una jaula de hilo de cobre que limita su movimiento junto al agujero principal de salida




    La válvula instalada aunque no acabada, porque falta el control eléctrico. Observar que en este caso el disco de caucho lleva pegado un disco de plástico ABS del mismo diámetro, donde presionará el servo activado desde el programa de Arduino...




    A continuación he construido el soporte del mini-servo con chapa estañada y la he soldado a la jaula de cobre. Observar que en la válvula he fijado una varilla de acero que actúa como guía para un muelle, que será donde presionará el brazo del servo, con lo cual, según su posición, conseguiremos una fuerza proporcional que podrá cerrar la válvula graduando la presión de apertura...




    Durante la aspiración esta válvula estará cerrada hasta una presión de seguridad superior a la normal, por si el paciente estornuda o falla el control de la turbina y ésta se disparase a una presión peligrosa para los pulmones del paciente. En la expiración deberá abrirse bien totalmente, o si se programa PEEP, junto a una marcha más reducida de la turbina, modulará la presión mínima a mantener...




    La disposición de los elementos es sin duda mejorable, pero ahora lo importante es que funcione. Ya realizaré un segundo diseño más racionalizado en que la válvula no esté fijada a la mascarilla, si no enroscada con un racor "Coca-Cola", con una salida donde pueda fijarse un filtro antibacteriano o antiviral...




    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • En el tema Aircheap he mejorado un poco el soporte de la válvula unidireccional de control electrónico añadiendo fijaciones con cuatro minitornillos. También he cambiado el servo por otro más fiable...



    Otro cambio ha sido el pequeño muelle por otro más progresivo, con lo cual la acción del servo sobre la válvula consigue un mayor margen dinámico...



    El sistema de válvula unidireccional-proporcional a punto de ser usado, a falta de modificar el software para integrarlo. De todas formas, cuando pueda conseguir más tubo flexible, esta válvula irá montada sobre el soporte de la turbina y no en la mascarilla...



    En la plaquita de circuito impreso he añadido dos interruptores más para manejar las distintas opciones, ya que ahora el Aircheap permitirá el control de presiones y la respiración asistida con trigger de depresión. Posteriormente añadiré el display y la botonera de configuración



    Vista interior de la mascarilla en que se observa el agujero de la válvula unidireccional de salida de espiración...



    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • Ayer construí un insonorizador básico para disminuir en lo que pueda el ruido de la turbina. Para ello utilicé, cómo no, una botella de Coca-Cola cortada en la forma adecuada y forrada interior y exteriormente con varias capas de fieltro...




    La forma final permite colocar el insonorizador sin desmontar la turbina de su base, quedando fijo sólo con la flexibilidad del propio dispositivo.




    En la entrada de aire he puesto además un tabique divisor, también insonorizado, para disminuir el ángulo libre de salida del ruido. Este sistema lo utilicé con éxito en el diseño, a un tamaño mucho mayor, de túneles insonorizadores que hice hace años para unas bombas de calor...




    Aparte de lo anterior, también he comenzado a trabajar en el Aircheap con el sofware del modo de "respiración asistida", detectando la pequeña depresión que causa una aspiración débil y utilizándola como "trigger" para disparar un ciclo de respiración forzada. De momento utilizo "depresiones" de entre 3 y 5 cmH2O y el disparo es perfecto, pero podría mejorar la sensibilidad si pudiera aumentar la estabilidad del sensor de presión, que sufre el efecto de cierta inestabilidad de frecuencia del oscilador NE555...

    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens 
  • editado 28 de abril
    Ayer dediqué unas horas a solucionar el problema de inestabilidad de lecturas en el sensor de presión, causada por la excesiva deriva de frecuencia en el oscilador NE555, sustituyéndolo por un microcontrolador Atmega 328 programado sólo como generador de reloj a 380 Khz...



    El 328 está insertado en un zócalo, así que una vez acabado el montaje, lo he extraído y lo que colocado en un Arduino UNO, donde le he insertado el programa y comprobado la frecuencia, para devolverlo después a la plaquita del sensor.



    El programa básico de generación debe ser muy sencillo pero un tanto especial, porque en un controlador lento como el 328, como metamos órdenes de C, no vamos a conseguir generar frecuencias más allá de 50-60 Khz, y en este caso necesitamos subir hasta los 380 Khz...

    ...Para ello modificaremos directamente los "REGISTROS" del controlador mediante órdenes que son más de Assembler que de C, aunque se pueden utilizar directamente desde el IDE de Arduino...



    1º detenemos interrupciones, 2º configuramos pin 12 como salida, y dentro de un bucle "while" infinito, 1º ponemos el pin 12 a HIGH y 2º a LOW, repitiendo el ciclo. Cada orden PORTB absorbe 2 ciclos de reloj, en total serán 4 y la frec de 16/4= 4Mhz (más o menos)...

    Vale, ahora hacemos lo mismo pero insertando entre cada estado HIGH y LOW unos retardos básicos "nop" (no operación), que no hacen nada excepto tener el reloj del controlador parado por 1 ciclo, equivalente a un tiempo de 62,5 nanosegundos. La frec. sería 1/6x62,5x10^-9 = 2,6 Mhz



    Todo esto son valores aproximados porque no he contado los ciclos de reloj que pueda absorber el bucle "while". Observamos además que lo saltos de frecuencia son ahora muy grandes, pero van a disminuir añadiendo más órdenes "nop" cuando nos aproximemos a los 380 Khz...

    Con un cálculo y luego reajustando los valores, veo que con un total de 19 órdenes "nop" en cada estado HIGH y LOW, la frecuencia es de 381,027 Khz, lo cual nos va bien para lo que queremos. Por cada "nop" que quitemos subirá casi 10 Khz, lo cual provecho con 18+18 para grabar un segundo controlador 328 a 400 Khz...



    Una vez insertado el Atmega 328 en la placa del sensor de presión, lo testeo con el frecuencímetro y me da 380,923 Khz, lo cual es solo una diferencia de 104 Hz, debida a la imprecisión del resonador cerámico del Arduino UNO, cuando aquí estoy utilizando un cuarzo de 16 Mhz...



    ...Y en las pruebas de medición de presiones la diferencia es brutal, ahora los valores ya no derivan en absoluto, las lecturas del "analogRead()" apenas difieren +/- 1, cuando antes era normal +/- 10 y con los minutos podía variar en 50 o 60 unidades...



    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • editado 10 de mayo
    Hoy ha sido día de leer sobre respiradores, concretamente el texto "Informe para ingenieros" del Dr. Erich Schulz, de Brisbane, Australia, que por su claridad vale la pena leer. Las tres partes de este trabajo pueden bajarse desde los siguientes enlaces:


    Una de las ilustraciones del texto del Dr. Schultz



    ...Y a raíz de ello he decidido cambiar el sistema de la mascarilla duplicando los tubos aspiración-espiración. Para ello he tenido que construir una "Y" con un racord y modificar la salida de la propia mascarilla...



    La "Y" la he construido con dos tubos de 6 cm cortados en ángulo y unidos con cianocrilato y cintas de refuerzo hechas con hilo de coser sintético también fijado con cianocrilato. Luego he construido la nueva salida de la mascarilla, adaptando una rosca "Coca-Cola"...





    En este caso el tapón rojo de "Coca Cola" no está fijado al resto de la pieza, si no que es giratorio, con lo cual el conjunto puede enroscarse sólo girando dicho tapón...





    El conjunto ya montado en la mascarilla. Los tubos de salida son de 20 mm. de diámetro, donde pueden insertarse a presión los tubos flexibles que van al respirador...



    Después he seguido construyendo elementos para la nueva configuración, en concreto una válvula unidireccional horizontal de gravedad para la salida de la turbina, mucho más sensible y rápida que la vertical anterior, y además con racord orientable...



    Las roscas son naturalmente de mi "estándar personal" que llamo CCL, acrónimo derivado de Coca-Cola, de cuyas botellas estoy aprovechando sus excelentes tapones... Vale, en primer lugar construí el racord cortando y abriendo en ángulo recto los 3 mm terminales del tubo de PVC...



    Seguidamente embadurno con cianocrilato esta parte de la pieza, hasta conseguir el grosor necesario que luego se pueda lijar de la forma adecuada. Para acelerar el proceso utilizo spray acelerante de este tipo de pegamento, ya que si no hay presión no suele endurecer...



    Después, con fresas y Dremel corto el centro del tapón de Coca-Cola hasta el diámetro del tubo, retirando también las rebabas internas. De igual forma, recorto la base superior del tubo al diámetro interno del tapón y aplano la superficie con lija primero de 200, luego de 600...



    El racord queda de esta forma (de cada vez me salen mejor). El ajuste final del terminal CCL macho con la superficie plana interior se consigue de forma fácil apretando ambas piezas y haciendo girar la salida un par de minutos para que el desgaste mutuo las acabe de pulir...



    Ya tengo las dos partes del tubo acabadas, una con la rosca hembra giratoria respecto al resto y la otra con una rosca macho en cuyo interior estará la válvula antirretorno... Lo siguiente será marcarlas en 45º para posteriormente poder cortarlas...



    Las dos piezas ya cortadas a punto de ser unidas...



    La unión la efectúo primeramente con pegamento para PVC rígido, y luego refuerzo todo el conjunto con cintas de hilo de coser sintético impregnado de cianocrilato, que pega muy bien sobre le PVC rígido, quedando tan fuerte como si fuera una pieza inyectada original...



    Lo siguiente es hacer la "jaula" de la membrana de la válvula, con hilo de cobre de 2 mm. y una soldadura central... La membrana la he hecho con caucho delgado pegado a un disco del mismo diámetro de plástico ABS...



    Y el resultado final es éste. Aquí puede verse la membrana dentro de la jaula. Esta válvula horizontal ya pude enroscarse a la salida de la turbina. A ella, a su vez se enroscará el adaptador para el tubo flexible que va al paciente, insertando en medio las tomas de presión...



    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • En siguiente paso del nuevo enfoque de Aircheap es insertar un medidor de flujo en el circuito de aspiración (que también podría duplicarse en la espiración). La filosofía es la misma, un pequeño conjunto hembra-macho CCL (rosca Coca-Cola), con un sensor de paso de aire...

    Los materiales serán el conjunto CCL y un disco de chapa de hojalata de 17 mm de diámetro, en donde se cortarán las cuatro aspas de la turbina del medidor de flujo. La unión de las roscas hembra-macho las reforcé con un tubo PVC rígido de 20 mm, ya que son de plásticos distintos.



    La turbina es sencilla, un cuadro de cobre donde he soldado las dos mini guías del eje de la turbina, hecho de acero de aguja de coser de 0,5 mm. La forma de las palas favorece el giro con aire desde la parte inferior, y su forma no es crítica, aunque luego necesitará calibrarse.



    Lo siguiente ha sido incorporar a la turbina un sensor de giro de infrarrojos, del tipo habitual para finales de carrera. Está montado a 90º con el resto y las aspas al girar interrumpen el haz, creando los impulsos que luego el Arduino medirá...



    Y aquí el sensor de flujo ya insertado en el conjunto CCL, aunque aún no he colocado los conectores para acceder desde el exterior a la barrera infrarroja... Una vez probado el giro de la turbina es muy sensible, sobre todo en el sentido desde la rosca hembra a la macho...



    El sensor de flujo visto desde la parte inferior, Un montaje que ha quedado muy limpio y siguiendo la filosofía Aircheap con un coste de 0 €. La turbina al girar tiene inercia, claro, y esto puede hacerle perder cierta precisión, pero confío poder solucionarlo mediante software.



    La instalación del conector de salida y el conexionado interno ha utilizado cablecillos de 0,3 mm. No ha sido fácil por el poco espacio disponible, pero una vez montado y fijado con cianocrilato, el sensor ha comenzado a funcionar sin problemas...



    El foto-interruptor que he utilizado para leer el giro de la turbina es un Sharp 1A50HR que contiene un circuito Schmitt y por tanto genera una señal cuadrada exenta de ruido, la cual podemos observar en el osciloscopio...




    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • Con la idea de evitar el problema de la inercia del sensor de flujo de turbina, he construido otro de tipo totalmente diferente. Se trata de un sensor de lámina o de lengüeta, una especie de válvula unidireccional con una bisagra en uno de los lados y que va a levantarse más o menos según la cantidad de aire que pase...



    Como se ve en la imagen anterior, los materiales son muy básicos, mi típica rosca macho/hembra CCL, hojalata delgada para la lámina y una aguja de 5 décimas como eje de la bisagra... Otro material es un par de pequeños imanes que he obtenido de viejos discos duros...





    La bisagra estará soldada a un pequeño rectángulo de circuito impreso vertical en donde fijaré un sensor magnético proporcional tipo Hall. En el centro de la lámina metálica habrá uno de los imanes, que al levantarse ésta se acercará al sensor Hall, dando una señal analógica...



    La lámina metálica y el imán tan solo pesan 0,7 gr. por lo cual la sensibilidad debería ser alta incluso para poco paso de aire. Aquí estoy soldando las conexiones entre el Hall y el conector de 3 pines que saldrá por el lateral de la rosca macho...



    El sensor Hall es del tipo 49E, que tenía de los montajes con Arduino. Un sensor que puede encontrarse en China por unos 10 céntimos la unidad, así que de momento sigo cumpliendo las premisas de materiales que tuviera en mi casa y que sean además económicos...



    Aquí puede verse bien la operación del sistema, el imán ya fijado con cianocrilato y el sensor Hall. Con la lámina totalmente cerrada, la lectura del Hall es de 2.683 mV, y con la lámina abierta y el imán tocando el Hall, es de 4.222 mV, es decir, un buen margen dinámico...



    La lámina tiene los extremos doblados hacia arriba, de manera que los bordes no causen tantas turbulencias como si fueran rectos, esto debería estabilizarla  evitando grandes oscilaciones. El resto podré amortiguarlo con un filtro paso-bajo...





    Y por último el sensor de flujo ya acabado y montado sobre la válvula unidireccional acodada... Mañana intentaré realizar calibración previa aprovechando el mismo truco de la botella intermedia de Coca-Cola que utilicé para graduar el pulmón simulado...



    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • He estado trabajando en la obtención de datos del sensor de flujo de lámina o lengüeta, pera ello lo he enroscado en una botella de Coca-Cola y en su parte baja le inyectaba una cantidad de aire previamente almacenada en mi pulmón simulado...



    La conexión del sensor con el Arduino se realiza con un cable de tres hilos. A partir de un umbral de disparo superior al valor 0, los datos se guardan en un array cada 10 mS, en total unos 700, que cubren todo el ciclo del paso de aire...



    El programa de lectura es muy simple, espera a que el valor suba sobre el umbral y va guardando las lecturas, y al acabar las envía al PC, a la ventana serie del IDE de Arduino, desde donde puedo copiarlas a una hoja de Excel, la cual me trazará los gráficos correspondientes...



    En total habré hecho unas 40 o 50 medidas con distintos volúmenes de aire para obtener diversas gráficas, en las cuales se pueden observar la oscilación amortiguada de la lengüeta del sensor, mayor cuanto a más velocidad pasa el aire...





    Las dos siguientes imágenes corresponden a "descargas" de aire desde 1.000 a 200 cm3, en que se observa que los valores 1000, 900 y 800 cm3, saturan la linealidad del sensor. Por debajo de estos el comportamiento es mucho más regular



    Viendo las curvas, podría parecer difícil realizar medidas con este sensor, pero si hacemos la integral definida de las curvas desde el inicio hasta que su valor baja de un cierto porcentaje del inicial, los resultados son bastante más significativos...

    En el cuadro de abajo pueden verse los valores de unidades leídas para cada volumen de aire, promediados entre 4 lecturas, y también el error máximo porcentual, observando que el máximo es de un 12% pero baja a una media de tan solo el 3% para valores típicos de un respirador...



    En resumen, creo que este sensor de flujo a lengüeta podría perfectamente utilizarse en el Aircheap, pero antes de decidirme quiero probar también el de turbina, porque si bien en teoría tiene el hándicap de la inercia de las palas, a veces las medidas pueden darte sorpresas...

    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • Luego ha tocado realizar las pruebas con el sensor de flujo de turbina. La cual también alimentaba con el Arduino pero la medida la he tomado con un contador de impulsos externo, ya que por cada revolución el sensor emite 4 impulsos...



    La disposición es la misma sobre la botella de Coca-Cola cuya misión es de cámara de expansión, que además evita que el aire que sale del pulmón simulado alcance la turbina de forma turbulenta...



    Una de las lecturas efectuadas, correspondiente a la medida de un volumen de 500 cm3...



    Los valores obtenidos han sido los siguientes:


    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • En otro orden de cosas necesitaba una superficie plana del mismo tipo de plástico de las botellas de Coca-Cola. y he recordad un artilugio que hice hace tiempo, formado por dos discos de aluminio que pueden atornillarse entre sí..



    Recortando un trozo de plástico curvo de la botella, la practico cuatro agujeros que coinciden con los tornillos de unión de los anillos...



    Seguidamente coloco el otro anillo y aprieto las tuercas, con lo cual el plástico queda fuertemente aprisionado entre ambos...



    Recorto la mayor parte del plástico sobrante y con el soplador de aire caliente graduado a 300 Cº caliento el plástico observando como se contrae hasta quedar totalmente tenso en la parte central de los anillos de aluminio...





    Desmontando los anillos y recortando la parte central, nos queda un perfecto disco plano que podremos pegar sin problemas con otras piezas del mismo material...



    Este disco lo necesitaba como base para un nuevo adaptador con el que podré unir los tubos gruesos flexibles procedentes de la turbina, con el pulmón simulado..



    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • Otro día de fabricación artesanal de elementos mecánicos para el "Aircheap", tres rácores más, dos de ellas con salida acodada de 20 mm para la unión con los tubos de aspiración y espiración que van al paciente, y un racord macho/hembra CCL para poder orientar otros elementos sin racord... Aquí los materiales iniciales.



    Los tres elementos ya acabados. Para los acoplos acodados he utilizado mi sistema de reforzar la unión con hilo de coser sintético y cianocrilato, que da uniones más fuertes que con el material original...



    Estos elementos junto a otros ya construidos...



    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • Hoy he podido realizar unas curvas comparativas de los sensores de flujo con un anemómetro WindWatch, al que le he acoplado una rosca CCL hembra que permite mantenerlo en serie con el elemento a probar...



    El primer montaje es el de la imagen, un pequeño ventilador pegado sobre una botella CCL (Coca-Cola) que actúa de cámara de expansión y en su boca un racord orientable, el sensor de flujo de lámina y el anemómetro WindWatch...



    Detalle del ventilador, que era de un viejo router Cisco profesional. Es de una tensión de 12 V (aunque tolera 20 perfectamente) y da bastante volumen de aire, aunque la presión es apenas de 1,5 cmH2O a 12 V...



    Las tres roscas acopladas. La primera es el racord que permite situar la lámina o lengüeta del sensor de flujo en posición vertical, con lo cual espero que tenga un mejor comportamiento que en horizontal...



    Variando la tensión de alimentación del ventilador, puedo ir subiendo los valores en metros/segundo en el WindWatch (que luego convertiré a cm3/s ), y leyendo la correspondiente respuesta del sensor en el Arduino. Los datos los entro en una hoja de Excel que me trazará la curva.



    La curva es realmente curiosa ya que es la consecuencia de diversos parámetros no lineales, como la posición de la lámina según el flujo de aire y de la distancia y orientación del pequeño imán de neodimio con respecto al sensor Hall...


    Aunque no estoy muy seguro de mi cálculo de equivalencia de los m/s del anemómetro con el flujo de aire en cm3/s, como éste es lineal, ya podré adecuarlo posteriormente. Lo importante es que la curva me permitirá corregir los valores del sensor y obtener una magnitud real...

    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • La siguiente serie de medidas la he tomado con el sensor de turbina, en este caso con las aspas en horizontal. La disposición es semejante al caso anterior, con la excepción que la lectura es de frecuencia y la efectúo con un frecuencímetro digital externo...


    En este caso los datos del sensor de flujo de turbina arrojan una curva mucho más lineal, aunque la sensibilidad para flujos pequeños no es tan alta como en el tipo de lámina...



    Continuará...

    Un saludo a todos

    Llorens...

  • editado 15 de mayo
    Observo como en los últimos días el tema de respiradores alternativos se ha enfriado tan rápidamente como había surgido. Los canales de Telegram están desiertos y hasta en el foro de A.I.R.E. apenas aparece alguna novedad... pero en fin, yo sigo a mi ritmo y con mis propias motivaciones...

    He comenzado a trabajar con la válvula antirretorno de espiración, que además debe cumplir con la función de bloqueo automático, válvula PEEP y válvula de seguridad de sobrepresión. Para ello parto de una rosca CCL macho con un tabique agujereado central...



    Esta válvula estará montada sobre un rectángulo de ABS que también servirá de soporte al servo de control...



    La actuación sobre el muelle de progresividad de la válvula se efectuará mediante un eje que penetra en el conducto y que actuará sobre una leva. Hacia afuera el eje estará acodado 90º y conectado al brazo actuador del servo, de manera que le movimiento se trasmita a la válvula.



    Aquí ya he fijado el servo en un soporte hecho de plancha, y recortado la parte sobrante de la base de ABS...



    La entrada de esta válvula antirretorno está en su parte inferior, donde se enrosca uno de los codos con racord orientable que construí hace unos días, que es donde a su vez va insertado el tubo de espiración del paciente...



    ...Pero la salida de esta válvula no puede ser al aire de la estancia, que podría contaminarse con los virus de la espiración, por ello le he acoplado un prolongador que he construido con tubo PVC, también acabado en racord de rosca hembra CCL, donde irá conectado el filtro...





    El filtro "antivirus" es otra de las realizaciones de mi "factoría", también tiene la "homologación" CCL, es decir, está hecho con una parte de una botella de Coca-Cola, con una sección que contiene el adecuado material filtrante y una tapa removible perforada...





    De momento, el conjunto de la válvula y el filtro, que irá montado todo ello en posición vertical, tiene el aspecto de las imágenes. Ahora falta acabar el mecanismo interno de la válvula y el sistema de ajuste externo de "presión de seguridad", y ya podré arrancar de nuevo el respirador y ponerme en serio con el software.



    Otra vista, en que se da la coincidencia que el prolongador y el filtro me hacen recordar el tubo TRC de un viejo osciloscopio... 



    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • Esta tarde he estado trabajando en la válvula de salida, construyendo la jaula centradora y la leva interna. También he montado el servo, aunque faltará calibrarlo antes de arrancar el sistema para evitar que fuerce el eje en los topes...



    En la siguiente imagen la válvula estaría en posición de "permiso de apertura", sin retención de presión PEEP, siempre, claro está, que el aire circule en el sentido correcto, en esta caso desde la parte inferior a la superior...



    Lo siguiente ha sido construir el soporte para los elementos de salida, el codo, la válvula y el filtro, y luego lo he montado en la base de DM del respirador... Ahora solo faltaría conectar los tubos del "paciente", el de aspiración y el de espiración...



    La verdad es que es agradable comenzar a montar de una vez todo lo construido en las semanas anteriores ...La siguiente imagen es una ampliación de la anterior. En el codo de salida podemos distinguir la toma de presión para el sensor. Observar también (aunque apenas se ve), que a la salida de la turbina principal está conectado el sensor de flujo de turbina (lugar en que también probaré el sensor de flujo de lámina)...



    Para las siguientes pruebas he recortado los tubos flexibles y los he conectado desde el respirador hasta la "Y" de unión, que en esta caso va al "pulmón simulado"... También he vuelto a instalar el medidor de presión de columna de agua, que me servirá para diversas calibraciones...



    Para pruebas posteriores conmigo como "Conejillo de Indias", el extremo de la "Y" estará conectado a la mascarilla que modifiqué anteriormente, aunque claro está con los tubos más largos...  A ver si mañana puedo iniciar los ajustes y adapto los nuevos elementos al software provisional...



    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • Como  voy a tener que hacer bastantes pruebas con el "pulmón simulado", he hecho un soporte de aglomerado común para éste y el respirador, y también he conectado ambas partes con tubos gruesos y flexibles, pero lo más cortos posible...



    El tubo flexible forma una "U" entre los codos de aspiración y espiración, con una toma intermedia, también del mismo tipo de tubo, que va al "pulmón"...



    Para hacer la toma no me he complicado demasiado. simplemente, con el soldador he hecho un agujero en el codo, he introducido un corto tubo rígido de PVC de 20 mm, he soldado la unión entre ambos y la he reforzado con mi habitual sistema del hilo de coser impregnado de cianocrilato..





    La unión con el improvisado "pulmón de bolsa de agua caliente" tampoco es el tapón original, cuyo paso de aire era muy estrecho. Si no que he fabricado un nuevo tapón con tubo de PVC de 20 mm, imitando la rosca de 3 mm de paso, que he tenido que hacer a mano a base de lima...



    El nuevo tapón enrosca muy bien, quedando totalmente hermético, pero permitiendo luego conectarle el tubo flexible, bien sea directamente o aprovechando uno de los terminales del tubo de desagüe de lavadora, que al final ha acabado dando "su vida por la ciencia"...





    Continuará...

    Saludos a todos

    Llorens
  • Antes de iniciar las pruebas del respirador, y ahora que ya no viene de una semana ni de dos, he hecho un nuevo intento para desarrollar otro sensor de flujo. Como sabéis ya tengo construidos uno de turbina y otro de lámina móvil, ambos funcionando con sus propias limitaciones, así que descartando el tipo de hilo caliente por su dependencia de las temperaturas y humedad de los gases, me he propuesto construir un sensor de diferencia de presión...

    Este tipo de sensor está compuesto por dos partes, la primera es el conducto que crea la diferencia de presión, bien con un estrechamiento del tipo Venturi, o de simple disco perforado. En ambos casos se crea una sobrepresión en la entrada y una depresión central (Venturi) o tras el disco...




    El segundo elemento es el sensor electrónico de medición de diferencia de presión, que tiene que ser bastante especial, puesto que tal diferencia es muy pequeña para los flujos que implica la respiración, y por tanto, además de tener dos entradas, este elemento debe ser de alta sensibilidad ...(en la siguiente imagen un modelo comercial)


    En mi caso no dispongo de ningún sensor diferencial de presión, y menos con una escala tan pequeña como de 0,5 KPa. Mi sensor de membrana, ya de por sí muy sensible, es de 2 Kpa, así que éste debería serlo al menos 4 veces más... Así que he rebuscado de nuevo entre cajas hasta encontrar la cápsula de un viejo auricular de bajo precio...



    La membrana de este auricular es extremadamente delgada y flexible, y por lo tanto supongo que se moverá con muy poca diferencia de presión. No obstante, en este caso he retirado el imán trasero y lo cambiaré por un núcleo de ferrita, con lo que supongo la inductancia cambiará más con el cambio de flujo...



    Al ser un sensor diferencial deberá tener dos entradas, la que se ve en la siguiente imagen está en el frontal de la membrana que he encerrado con un disco de ABS, teniendo antes la precaución de pegar bien el borde de la membrana con cianocrilato, ya que suele ser frecuente que se despeguen con el tiempo y haya pequeñas fugas de aire...



    El núcleo de ferrita he tenido que fabricarlo, ya que no tenía ninguno adaptable a los 13 mm. de diámetro del interior de la bobina. Para ello he cortado y rebajado un toroide de ferrita y luego lo he rellenado con polvo de ferrita mezclado con epoxi...



    Aquí el núcleo está colocado de forma provisional, sujeto con dos alambres en forma de S que permiten ir ajustando la posición en el centro de la bobina y a la altura correcta para que la variación de señal luego sea máxima...



    ...Y aquí está el sensor diferencial acabado, ya con los dos tubos de entrada que comunican con las dos cámaras independientes, una a cada lado de la membrana. Como también se veía en imágenes anteriores, en la parte baja le he soldado un conector de 3 pines, siendo los extremos los de la bobina y el central la masa general por si es necesario blindar la carcasa...



    En la vista lateral se distinguen bien la disposición de las dos entradas fijadas a las tapas frontal y trasera. El tamaño ha quedado discreto y la solidez del conjunto parece buena...



    Esta bobina tiene una impedancia mayor que la del sensor de presión único, por lo tanto, con una capacidad de 1 nF en paralelo esperaba que la frecuencia de resonancia fuera más baja, y en efecto al probarla veo que es sobre los 210 Khz... Aquí estoy comparando la respuesta con el manómetro de columna de agua..



    ...Y el resultado es bueno, mejor aún de lo que había esperado. La escala parece estar sobre los 0,3 KPa. La variación de la señal de salida es de un 40-45 % entre 0 y 3 cmH2O... y detecta sin inercia aparente la más leve diferencia de presión entre las entradas...





    Continuará...

    Un saludo a todos

    Llorens

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