Instituto Tecnolgico De Culiacn

Diseo y validacin de prototipo innovador de colchn inflable automatizado, para evitar neumona y lceras en la piel de pacientes postradosEQUIPO DE TRABAJO:M.C. Dagoberto Tolosa MataEspecialista diseo mecnico

M.C. Vctor Manuel Prez Prez Especialista en automatizacin

Equipo de trabajo de residentes:Armenta Meza AdrinCazares Almaral Oscar EstebanEsparza Gutirrez Rafael Irving Herrera Hernndez Jess ManuelLey Romn Carlos JavierValdenegro Arroyo Cesar Arturo

CULIACAN SINALOA, MARZO 2015

CONTENIDOObjetivo3Alcance3Sistema Vibratorio4Motor Neumtico.4Sistema Vibratorio.5Diseo del Colchn6Tiempo de cambio de secuencia10Diagrama de estados14Diseo de sistema de control15Diseo del sistema de distribucin de aire16Anlisis de la secuencia17

Objetivo La participacin de ITC en este proyecto consiste en conceptualizar, disear, fabricar, integrar y poner a punto un prototipo automtico de colchn inflable anti escaras y neumona. AlcanceSe trata del desarrollo de un prototipo, Diseo y validacin de prototipo innovador de colchn inflable automatizado, para evitar neumona y lceras en la piel de pacientes postrados

El proyecto consiste en un prototipo que solvente una condicin de riesgo debido a la falta de una adecuada circulacin sangunea, dada la compresin que hace el peso del propio cuerpo al mantenerse en una sola posicin sobre una superficie como el colchn, dando lugar a la formacin de escaras o llagas, as como prevencin de neumona.

La postracin representa una gran tarea, por un lado para quienes tienen reducida su vida a una cama y por otro lado para quienes ejercen el cuidado de estas personas.

Al tratarse de un prototipo, el sistema estar sujeto a mejoras y modificaciones en cuanto a tiempos de ciclo y formas de operacin.

Si es necesario, se podr proponer una segunda etapa del proyecto cuyo objetivo sera la optimizacin del sistema.

Sistema Vibratorio

La implementacin de un sistema vibratorio al colchn anti escaras es importante para prevencin y tratamiento de los sntomas provocados por enfermedades bronco respiratorias (Flemas, etc.). A continuacin se muestra un esquema del diseo a implementar:

Figura 1. Esquema de diseo a implementarMotor Neumtico.Se ha propuesto un diseo general del motor neumtico, el cual consiste en un rotor con 20 labes que son impulsadas por una entrada de aire a presin, siendo desfogado este aire en otra toma que va directa al ambiente exterior. Lo siguiente se expresa en la figura 1.El motor estar unido a un sistema biela manivela, el cual al girar con ciertas revoluciones provocar el vaivn de la placa o plataforma, logrando un movimiento constante y provocando vibracin en el rea deseada.

Figura 2. Caractersticas de diseo del Motor Neumtico.

1321.- Toma de desfogue.2.- Toma de alimentacin de aire a presin.3.- Rotor del motor.3.95 cm19 cm19 cm

Sistema Vibratorio.

6.07 cm cmSe propone un prototipo general del sistema. Lo que se busca es el movimiento lineal y repetitivo del sistema biela - manivela a una velocidad dada, para que la placa o plataforma sujetada a este sistema produzca el efecto de vibracin hacia el colchn, ya que esta placa estar en contacto directo con una de las hojas de PVC que conforman la colchoneta.1Figura 3. Caractersticas de diseo del Sistema Vibratorio.

321. Motor neumtico.2. Sistema biela - manivela.3. Base para el pistn.190 cm40 cm

Diseo del Colchn

Tomando en cuenta el boceto enviado por Markoptic, se realiz el primero diseo sobre el colchn tratando de realizar las menores modificaciones posibles.Para seleccionar el tamao total del colchn usamos la medida de un colchn comercial inflable.Enseguida se muestra las medidas en centmetros del colchn al momento de estar a la presin mxima de uso.

Figura 4. Cotas del Colchn

Figura 5. Vista Isomtrica

Se lleg a estas medidas obtenindose del promedio de tamaos de personas en nuestro pas, este estudio fue realizado por CANAIVE en el ao del 2010, los siguientes datos son los resultados:SexoEdadAlturaPeso

Hombre18 y 251.67 m70.43 kg

Mujer18 y 251.60 m62.90 kg

Los estudios fueron validados por la INEGI y participacin de la secretara de economa.Se tendrn cuatro grupos de cilindros con llenado como se muestra en la tabla siguiente.GrupoNumero de cilindrosDimetro de cilindroVolumen por grupo

Grupo 186 cm19.653L

Grupo 286 cm19.653L

Grupo 3313 cm34.33L

Grupo 4213 cm23.05L

BaseS/N139.24L

Total235.9L

Para la alimentacin de cada grupo se realizara un ducto por cada grupo de cilindros, en total sern 4, estos irn colocados en los extremos de los cilindros. Se colocaran dos ductos por lado. Enseguida vemos el primero grupo de cilindros con dimetro de 6 cm.

Figura 6. Primera Seccin

Figura 7. Medidas de la seccin 2El grupo numero dos tendr exactamente la misma forma del anterior solo que el canal de alimentacin ser por la parte baja de los cilindros. El tercer grupo de cilindros ser de la siguiente manera.

Figura 8. Tercer Seccin

El grupo numero 4 entonces ser de la siguiente manera (Ver figura 9).

Figura 9. Seccin 4Para seleccionar el tipo de material a utilizar para crear el colchn se investig en el mercado los diferentes tipos de colchones, encontrando los dos materiales ms utilizados. El material Plstico es el ms econmico pero tiene la desventaja de tener menor ventilacin, dando la posibilidad de crear ulceras a menor tiempo. Enseguida se encuentra el policloruro de vinilo plastificado (PVC) con una gran ventaja sobre l, teniendo gran resistencia y fcil de manipular.Tiempo de cambio de secuencia

El cambio de secuencia, desinflado de seccin e inflado de la anterior, se utilizara un tiempo aproximado de 8 minutos, ya que es el ms utilizado en colchones del mercado. Cuando los cuatro grupos realicen su ciclo, se activara el vibrador por un tiempo a analizar.Para ver mejor los grupos al momento del armado, se us diferente color para cada grupo diferente. Para observar de manera ms clara sobre los ciclos del colchn se muestra la tabla siguiente:

Si observamos en la figura, se puede ver como el primero grupo se encuentra de diferente color y simulado que se encuentran sin aire.

Despus de esperar el tiempo establecido el grupo anterior se presuriza de nuevo y el grupo 2 se desinfla.

Despus realizamos el mismo procedimiento pero para el grupo nmero tres, que contiene los cilindros con mayor tamao.

Finalmente llegamos al ltimo estado, desinflando el grupo nmero 4 y despus del tiempo volvemos a inflar para encender el vibrador.

Para ver mejor los grupos al momento del armado, se us diferente color para identificar cada grupo.

Figura 10. Vista Completa de componentes del Colchn

Figura 11. Vista de arriba del colchnEnseguida se muestra de manera real como se vera nuestro colchn ya terminado.

Figura 12. Vista RealDrenado de aguaOtro problema presentado en las personas postradas, es que al momento del bao es difcil retirar el total del agua del colchn debido a que el mismo peso de la persona provoca encharcamientos o lagunas. Para ello se desarroll un sistema de drenado en la planta del colchn, que cuenta con una especie de canales como observamos en la Figura 13. Se muestra de un color ms obscuro.

Figura 13. Sistema de Drenado de AguaDiagrama de estadosSeccin 1Seccin 2Seccin 3Seccin 4

Estado 1ONONONON

Estado 2OFFONONON

Estado 3ONOFFONON

Estado 4ONONOFFON

Estado 5ONONONOFF

En la figura superior se puede apreciar un diagrama de estados, en el que en un Tiempo inicial Ti es el tiempo que tarda desde que se encendi el equipo hasta que el colchn alcanza a colocarse en su primer estado. Los dems tiempos de los estados (T1,T2T5) sern igual a 8 minutos que es una medida estndar de tiempo usado por la mayora de los colchones inflables comerciales, teniendo en cuenta esto el tiempo total en completar los 5 estados (un ciclo) ser de 40 minutos. Una vez pasado este tiempo Ti se entra al Estado 1, en este estado el vibrador, la base, y todas las secciones estn encendidas, y todas en algn momento se apagaran excepto la base que permanecer encendida durante todo el ciclo. En un estado 2 se apagara el vibrador y permanecer as hasta que empiece nuevamente el ciclo. La seccin 1 se apagara.En un estado 3 se encender la seccin 1, que se haba apagado en el estado anterior, y a su vez se apagara la seccin siguiente en este caso la seccin 2. Este procedimiento se repetir para los dems estados de manera que cuando se encienda la seccin 2 se apagara la seccin 3, y al encender la seccin 3 se apagara la seccin 4 completando el ciclo. Todos estos cambios de estado con lapsos de 8 minutos.Diseo de sistema de controlLa propuesta consiste en un sistema compuesto por una carcasa en la cual en su parte interna llevara los diferentes componentes electrnicos y el sistema de compresin y distribucin de aire.Se piensa darle versatilidad proponiendo un men de opciones para el usuario:Modo Automtico: Se inicia secuencia automtica basndose en los estndares que se programaron, va a ser un ciclo continuo que se puede repetir indefinidamente.Modo Manual: Consiste en la ejecucin de manera separada de cada una de las rutinas programadas, tal como llenado y vaciado de celdas de manera independiente, encendido y apagado de sistema vibratorio.A continuacin se muestra una posible conceptualizacin del sistema de control:

Figura 14. Vista Isomtrica de las partes del gabinete

Figura 15. Vista Frontal y posterior

Figura 15. Vista isomtrica de gabinete de componentes neumticos y elctricos.

Inicio (encender)Diagrama de flujo

Si Seccin =4Encender Seccin Seccin =Seccion+1MasajeEncender secciones de acuerdo a la programacinLeer Programacin de fbrica (Recomendada)Leer ModoModo ManualEncenderBaseNoSiBaseNoSeccin = 1Modo AutomticoSiNoEncenderMasajeSiModo ManualLeer Modo

Circuito de potencia

Diagrama 1. Circuito Elctrico para obtener 24 y 5 volts.Motor a pasos ControlDiagrama 2. Circuito de control motor a pasos

Seleccin de compresor

Nombre/cdigo CompresorMax PresinLitros/MinVoltajePrecioTiempo

Compresor Mannesmann10Bar/140Psi35124976 min 36s

Compresor Petrul250 PSI121223919min 15s

FOB(12V/24V/110V/220V-628A)150 psi3512335.226min 36s500 piezas

Compresor WIN-741140psi35121506min 36s1000 piezas

12V/24V/110V/220V-6022150psi4312396.175 min 3 s500 piezas

Tabla X. Comparacin de compresoresEn esta tabla se pueden ver los distintos compresores comerciales que cumplen aproximadamente nuestra necesidad, a partir de aqu se seleccionara el ms adecuado para aplicarlo en el colchn.

Diseo del sistema de distribucin de aire

Dada la necesidad de inflar y desinflar las distintas cmaras que componen el colchn es necesario contar con un sistema que se encargue de esto.El sistema est formado por las siguientes partes: Un motor a pasos (servomotor) que es el encargado del posicionamiento de la pieza encargada de distribuir el aire. El distribuidor que est formado por dos bloques de forma cilndrica, uno fijo y uno giratorio.Para la fijacin se utilizara un pasador para trasmitir el movimiento del motor y un resorte para presionar y sellar la unin de los dos bloques. A continuacin se muestra una imagen del sistema de distribucin. Figura 15. Componentes del Distribuidor

Figura 16. Vista del ensamble del distribuidor

La pieza caf representa el motor (ya sea a pasos o servomotor), se cuenta con un resorte el cual presiona la pieza que tiene las entradas y salidas (pieza de en medio) y a su vez el eje de motor tiene un agujero donde se coloca un pasador para evitar que las piezas se salgan con la presin del resorte.

Anlisis de la secuenciaSe realiz un anlisis de las necesidades de nuestro sistema para lograr establecer una tabla de verdad la cual nos guiara en el diseo del distribuidor, debido a que en ciertos estados es necesario la entrada de aire en todas las cmaras mientras en otros es necesario que una cmara de ellas se encuentre a desfogue, la siguiente tabla describe lo antes mencionado.Grupo 1Grupo 2Grupo 3Grupo 4Grupo 5

1 Estado11111

2 Estado01101

3 Estado10101

4 Estado11001

5 Estado11100

6 Estado11101

Grupo 1.- 1er grupo cilindrosGrupo 2.- 2do grupo cilindrosGrupo 3.- 3er grupo cilindrosGrupo 4.- VibradorGrupo 5.- 4to grupo cilindros

El funcionamiento del sistema de distribucin se logra mediante una serie de conductos parecidos a laberintos los cuales se encargan de guiar el aire hacia la salida deseada, esto se logra con la utilizacin de dos piezas, una con el laberinto y otra con los ductos de entrada y salida la cual se encontrara fija, ya que al moverse la pieza que contiene el laberinto es cuando el aire cambiara de direccin, el movimiento de dicha pieza se realizara ya sea con un motor a pasos o con un servomotor observando cual es mejor para dicha aplicacin, se presenta el diseo completo en las siguientes imgenes.

Figura 17. Vista isometrica del sistema de entradas y salidas (Parte fija)

Figura 18. Vista en planta del sistema de entradas y salidas (Parte fija)

Figura 19. Corte de seccion vista lateral del sistema de entradas y salidas (Parte fija)

Figura 20. Vista isometrica sistema de laberinto (Parte movil)

Figura 21. Vista en planta sistema de laberinto (Parte movil)

Figura 22. Corte de seccion vista lateral sistema de laberinto (Parte movil)

Figura 23. Simulacin del 1 Estado

Figura 24. Simulacin 2 Estado

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