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II
FACULTAD DE CIECIAS DE LA IGEIERÍA
CARRERA DE IGEIERÍA MECATRÓICA
TEMA:
AUTOMATIZACIÓ DE UA CAMADE CUIDADOS ITESIVOS DELHOSPITAL CARLOS ADRADE
MARÍ.CARÁTULA
Tesis previa a la obtención del título de Ingeniero Mecatrónico
Estudiante: Patricio Cevallos Arroyo
Director de tesis: PhD. Fausto Freire
Quito – Ecuador
Octubre 2010
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III
DECLARACIÓ
Del contenido del presente trabajo se responsabiliza el autor
____________________________
Patricio Cevallos Arroyo
1002482402
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IV
Quito, 23 de Septiembre de 2010
IngenieroJorge Viteri.Decano de la Facultad de Ciencias de la IngenieríaUniversidad Tecnológica EquinoccialPresente.-
De mi consideración:
Pongo en su conocimiento que el estudiante de Ingeniería Mecatrónica, Patricio
Cevallos Arroyo, ha culminado el Trabajo de Titulación con el tema
“AUTOMATIZACIÓN DE UNA CAMA DE CUIDADOS INTENSIVOS DEL
HOSPITAL CARLOS ANDRADE MARÍN.
El Trabajo cumple con los objetivos y alcance definidos en el Plan de Titulación, tiene
coherencia lógica y rigurosidad científica, es un aporte significativo teórico como
practico, por lo cual considero está apto para continuar con los procedimientos previosla graduación.
Atentamente,
_______________
Fausto R. FreireDirector del Trabajo de Grado
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VVI
AGRADECIMIETO
Agradezco a Dios que me permitió tomar este camino, y llegar a feliz término en esta
etapa de mi vida.
A la Universidad Tecnológica Equinoccial que me abrió las puertas del conocimiento y
a la cual siempre le deberé mi profesión.
Al Ingeniero Fausto Freire PhD. Que con su acertada dirección y ayuda se logró
materializar este proyecto.
A todas aquellas instituciones, personas y amigos que con sus ideas, apoyo moral, físico
y económico contribuyeron a que este proyecto dejase de ser una visión y se convierta
en una realidad.
Sobre todo a mi familia, en especial a mi madre que se convirtieron en el eje
fundamental para la consecución de este trabajo.
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VII
ÍDICE GEERAL
CARÁTULA .................................................................................................................... II
DECLARACIÓN ............................................................................................................ III
CERTIFICADO DE PRUEBA ........................................................................................ V
AGRADECIMIENTO .................................................................................................... VI
ÍNDICE GENERAL...................................................................................................... VII
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................. XII
ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................... XVII
ÍNDICE DE ECUACIONES ....................................................................................... XIX
ÍNDICE DE ANEXOS .................................................................................................. XX
RESUMEN ................................................................................................................... XXI
SUMMARY .............................................................................................................. XXIII
CAPÍTULO I ..................................................................................................................... 1
CAPÍTULO II ................................................................................................................. 21
CAPÍTULO III ................................................................................................................ 70
CAPÍTULO IV ............................................................................................................. 129
CAPITULO V ............................................................................................................... 168
BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 171
ANEXOS ...................................................................................................................... 174
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VIII
ÍDICE DE COTEIDO
CAPÍTULO I ..................................................................................................................... 1
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 1
1.1 Antecedentes ................................................................................................... 1
1.2 Sistematización ............................................................................................... 2
1.2.1 Diagnóstico .............................................................................................. 2
1.2.2 Pronóstico ................................................................................................ 3
1.2.3 Control del pronóstico ............................................................................. 4
1.3 Formulación del problema .............................................................................. 4
1.4 Objetivos ......................................................................................................... 5
1.4.1 Objetivo General ..................................................................................... 5
1.4.2 Objetivos Específicos .............................................................................. 5
1.5 Justificación .................................................................................................... 5
1.6 Alcance ........................................................................................................... 6
1.7 Factibilidad ..................................................................................................... 7
1.7.1 Factibilidad técnica .................................................................................. 7
1.7.2 Factibilidad Económica ........................................................................... 9
CAPÍTULO II ................................................................................................................. 21
2. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................... 21
2.1 Características generales de las camas. ......................................................... 21
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2.2 Características de algunas camas del mercado ............................................. 26
2.3 Sensores ........................................................................................................ 28
2.3.1 Galgas Extensiométricas ....................................................................... 28
2.3.2 Celdas de Carga ..................................................................................... 29
2.4 Actuadores .................................................................................................... 37
2.4.1 Actuadores Lineales .............................................................................. 38
2.4.2 Actuadores Lineales Eléctricos ............................................................. 40
2.5 Elementos de Maquinas ................................................................................ 43
2.5.1 Ejes ........................................................................................................ 43
2.5.2 Columnas ............................................................................................... 46
2.5.3 Cojinetes con Contactos de Rodadura (Rodamientos) .......................... 51
2.6 Adquisición y Acondicionamiento de Señales ............................................. 52
2.6.1 Circuitos puente ..................................................................................... 52
2.6.2 Acondicionamiento de señal ............................................................... 54
2.7 Digitalización de la señal e Interfaz con el usuario ...................................... 60
2.7.1 Microcontroladores ............................................................................... 61
2.7.2 Manejo del módulo LCD ....................................................................... 66
2.7.3 Comunicación Serial. ............................................................................ 67
CAPÍTULO III ................................................................................................................ 70
3. METODOLOGÍA ................................................................................................ 70
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3.1 Análisis de requerimientos............................................................................ 70
3.2 Diseño simultaneo de componentes .............................................................. 72
3.2.1 Análisis de Celdas de Carga .................................................................. 72
3.2.2 Análisis Amplificador de Instrumentación ............................................ 75
3.2.3 Análisis del Multiplexor de la señal ...................................................... 79
3.2.4 Diseño y cálculo de los diferentes elementos de maquina ................... 81
3.3 Simulación .................................................................................................. 104
3.3.1 Simulaciones parte mecánica .............................................................. 104
3.3.2 Simulaciones de la balanza .................................................................. 122
CAPÍTULO IV ............................................................................................................. 129
4. CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO ............................................................. 129
4.1 Construcción de la Parte Mecánica ............................................................. 129
4.2 Construcción de la Balanza......................................................................... 133
4.3 MANUAL DE SERVICIO ......................................................................... 135
4.3.1 Procedimiento para la Resolución de Problemas ................................ 135
4.3.2 Ensamblaje de la Cama ....................................................................... 148
4.3.3 Despiece .............................................................................................. 150
4.4 MANUAL DE USUARIO .......................................................................... 154
4.4.1 Definición de los símbolos del manual ............................................... 154
4.4.2 Introducción ......................................................................................... 155
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4.4.3 Características del paciente ................................................................. 156
4.4.4 Instrucciones de uso ............................................................................ 157
4.4.5 Limpieza .............................................................................................. 163
4.4.6 Mantenimiento ..................................................................................... 163
4.4.7 Resolución de Problemas .................................................................... 166
4.4.8 Especificaciones Técnicas ................................................................... 166
CAPITULO V ............................................................................................................... 168
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................. 168
5.1 Conclusiones ............................................................................................... 168
5.2 Recomendaciones ....................................................................................... 169
BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 171
ANEXOS ...................................................................................................................... 174
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ÍDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Diagrama espina de pescado ........................................................................... 2
Figura 2-1 Distribución de los planos en el somier de la cama. ..................................... 23
Figura 2-2 Representación galga extensiométrica tipo cinta. ......................................... 29
Figura 2-3 Celda de carga con galgas extensiométricas ................................................. 30
Figura 2-4 Diferentes tipos de fuerzas que actúan sobre la celda de carga. .................... 34
Figura 2-5 Fuente de alimentación hidráulica ................................................................. 39
Figura 2-6 Fuente de alimentación neumática ................................................................ 40
Figura 2-7 Esquema de construcción de Actuador Lineal marca LINAK ...................... 42
Figura 2-8 Actuador Linak construcción interna ............................................................ 43
Figura 2-9 Valores de K para obtener longitud efectiva ................................................. 47
Figura 2-10 Componentes principales de un contacto de rodadura ................................ 51
Figura 2-11 Arreglos de puente de celdas de carga ........................................................ 53
Figura 2-12 Amplificador diferencial ............................................................................. 56
Figura 2-13 Esquema básico de medición utilizando el amplificador AD620 ............... 58
Figura 2-14 Respuesta a la frecuencia de cuatro tipos filtros. ........................................ 59
Figura 2-15 Configuración del filtro del amplificador de instrumentación para atenuar
interferencia RF ............................................................................................................... 60
Figura 2-16 Arquitectura Harvard simplificada para los microcontroladores ................ 62
Figura 2-17 Amplificador diferencial ............................................................................. 64
Figura 2-18 Seguidor de voltaje ...................................................................................... 65
Figura 2-19 Referencia 2.5V con coeficiente mínimo de temperatura. ......................... 65
Figura 2-20 Pantalla LCD 2x16 ...................................................................................... 66
Figura 2-21 Estructura de un dato enviado forma serial ................................................. 68
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Figura 2-22 Distribución de pines del integrado MAX232 ............................................ 69
Figura 3-1 Diagrama de conexión de la celda de carga .................................................. 74
Figura 3-2 Conexión del cable de blindaje en Modo común .......................................... 74
Figura 3-3 Distribución de Pines del AD620 .................................................................. 75
Figura 3-4 Curva típica de CMRR vs. Frecuencia, con relación a la entrada ................. 77
Figura 3-5 Diagrama de conexión del integrado TL084 ................................................. 79
Figura 3-6 Circuito multiplexor de señal ........................................................................ 80
Figura 3-7 Diagrama de fuerzas actuantes sobre los brazos. .......................................... 81
Figura 3-8 Área de la columna ........................................................................................ 84
Figura 3-9 Diagrama de Momento Cortante eje Z .......................................................... 86
Figura 3-10 Diagrama de Momento Flexionante eje Z ................................................... 87
Figura 3-11 Diagrama de Momento cortante eje Y ........................................................ 87
Figura 3-12 Diagrama de Momento Flexionante eje Y .................................................. 88
Figura 3-13 Ensamble inferior A del elevador. ............................................................... 92
Figura 3-14 Ensamble superior A de elevador ................................................................ 93
Figura 3-15 Ensamble inferior B del elevador ................................................................ 93
Figura 3-16 Ensamble superior B del elevador ............................................................... 94
Figura 3-17 Base de la cama ........................................................................................... 95
Figura 3-18. Chumaceras ................................................................................................ 95
Figura 3-19 Diferentes pernos y tornillos ....................................................................... 96
Figura 3-20 Somier de la cama ....................................................................................... 96
Figura 3-21 Garrucha ...................................................................................................... 97
Figura 3-22 Celda de carga ............................................................................................. 97
Figura 3-23 Cabecero / piecero ....................................................................................... 98
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Figura 3-24 actuador lineal ............................................................................................. 98
Figura 3-25 Platina de conexión ..................................................................................... 99
Figura 3-26 separador ..................................................................................................... 99
Figura 3-27 Bocines ...................................................................................................... 100
Figura 3-28 Batería ....................................................................................................... 100
Figura 3-29 planos de la cama ...................................................................................... 101
Figura 3-30 Caja de control........................................................................................... 101
Figura 3-31 Fuerzas aplicadas para la simulación. ....................................................... 104
Figura 3-32 Posición final elevación de la cama .......................................................... 105
Figura 3-33 Diagrama de fuerza aplicada por los actuadores en la elevación. ............. 105
Figura 3-34 Diagrama de desplazamientos y velocidad vertical del somier de la cama.
....................................................................................................................................... 106
Figura 3-35 Posición inicial antes de bajar la cama. ..................................................... 108
Figura 3-36 Posición final. ............................................................................................ 108
Figura 3-37 Diagrama de fuerza aplicada por los actuadores al recuar. ....................... 109
Figura 3-38 Estado inicial de la cama antes de la posición trendelenburg. .................. 110
Figura 3-39 Posición trendelenburg final. ..................................................................... 110
Figura 3-40 Fuerza aplicada por el motor inferior anterior y desplazamiento angular delsomier en la posición trendelenburg. ............................................................................ 110
Figura 3-41 Posición trendelenburg inversa final ......................................................... 112
Figura 3-42 Diagramas de fuerza aplicada y desplazamiento angular del somier. ....... 112
Figura 3-43 Estado inicial de la cama a media altura ................................................... 114
Figura 3-44 Fuerza aplicada por los actuadores en la posición trendelenburg desde altura
media ............................................................................................................................. 114
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Figura 3-45 Fuerza aplicada por los actuadores al realizarse la posición trendelenburg
inverso desde altura media. ........................................................................................... 116
Figura 3-46 Posición inicial y distribución de fuerzas sobre el somier de la cama ...... 117
Figura 3-47 Posición final fowler ................................................................................. 117
Figura 3-48 Fuerza aplicada por el motor superior anterior, desplazamiento y velocidad
angular del plano1 en la posición fowler ...................................................................... 118
Figura 3-49 Posición inicial y distribución de fuerzas sobre el somier de la cama para
elevación de rodillas ...................................................................................................... 120
Figura 3-50 Posición final de elevación de rodillas ...................................................... 120
Figura 3-51 Fuerza aplicada por el motor superior posterior, velocidades y
desplazamientos angulares de los planos 3 y 4 en elevación de rodillas ...................... 120
Figura 3-52 Amplificación celdas de carga .................................................................. 123
Figura 3-53 Simulación pantalla 1 ................................................................................ 124
Figura 3-54 Simulación peso muerto ............................................................................ 125
Figura 3-55 Simulación de encerado............................................................................. 126
Figura 3-56 Simulación de la obtención de peso sin carga adicional ........................... 127
Figura 3-57 Simulación de pesado de paciente ............................................................. 128
Figura 4-1 Diagrama de flujo para la resolución de problemas .................................... 146
Figura 4-2 Despiece rueda/celda ................................................................................... 150
Figura 4-3 Despiece de la base...................................................................................... 151
Figura 4-4 Despiece y armado general.......................................................................... 152
Figura 4-5 Despiece somier .......................................................................................... 153
Figura 4-6 Control de posición de la cama ................................................................... 157
Figura 4-7 Botones posición fowler .............................................................................. 158
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Figura 4-8 Botones elevación de rodillas ...................................................................... 158
Figura 4-9 Botones elevación de la cama ..................................................................... 158
Figura 4-10 Botones trendelenburg/trendelenburg inverso........................................... 160
Figura 4-11 Ruedas con y sin freno. ............................................................................. 162
Figura 4-12 Batería de Backup ..................................................................................... 165
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ÍDICE DE TABLAS
Tabla 1 Comparativa de herramientas de diseño CAD. .................................................... 8
Tabla 2 Comparativa de software de diseño Electrónico. ................................................. 8
Tabla 3 Comparativa de lenguajes de programación para microcontroladores. ............... 8
Tabla 4 Cuadro comparativo de tipos de motores. ............................................................ 9
Tabla 5 Inversión Total. .................................................................................................... 9
Tabla 6 Herramientas. ..................................................................................................... 10
Tabla 7 Muebles y equipos de oficina............................................................................. 11
Tabla 8 Activos fijos intangibles. ................................................................................... 11
Tabla 9 Capital de Trabajo. ............................................................................................. 11
Tabla 10 Materia Prima. .................................................................................................. 12
Tabla 11 Mano de Obra................................................................................................... 13
Tabla 12 Suministros. ..................................................................................................... 13
Tabla 13 Mantenimiento y Reparación. .......................................................................... 14
Tabla 14 Arriendos. ......................................................................................................... 14
Tabla 15 Uniformes y Equipos de Seguridad. ................................................................ 14
Tabla 16 Seguros. ............................................................................................................ 14
Tabla 17 Costo de Producción Anual.............................................................................. 15
Tabla 18 Depreciación. ................................................................................................... 15
Tabla 19 Amortización. ................................................................................................... 16
Tabla 20 Gastos Financieros. .......................................................................................... 16
Tabla 21 Precio de Venta. ............................................................................................... 17
Tabla 22 VAN. ................................................................................................................ 18
Tabla 23 Estado de resultados ......................................................................................... 19
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Tabla 24 Flujo Neto de Caja ........................................................................................... 20
Tabla 25 Tabla comparativa de camas existentes en el mercado. ................................... 27
Tabla 26 Características del microcontrolador PIC 16F877A ........................................ 63
Tabla 30 Requerimientos del proyecto ........................................................................... 70
Tabla 31 Especificaciones de la celda de carga a utilizar. .............................................. 72
Tabla 32 Cálculo en MDesign......................................................................................... 90
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XIX
ÍDICE DE ECUACIOES
Ecuación (2.1) Esfuerzo Cortante ................................................................................... 45
Ecuación (2.2) Esfuerzo cortante en tensión uniaxial con cortante torsional ................. 45
Ecuación (2.3) Esfuerzo cortante con par torsional equivalente ..................................... 45
Ecuación (2.4) Radio de giro .......................................................................................... 46
Ecuación (2.5) Longitud efectiva .................................................................................... 47
Ecuación (2.6) Relación de esbeltez ............................................................................... 48
Ecuación (2.7) Constante de columna ............................................................................. 48
Ecuación (2.8) Fórmula de Euler .................................................................................... 48
Ecuación (2.9) Formula alternativa de Euler .................................................................. 49
Ecuación (2.10) Carga admisible .................................................................................... 50
Ecuación (2.11) Fórmula de J. B. Johnson ..................................................................... 50
Ecuación (2.12) Voltaje de salida del amplificador diferencial ..................................... 64
Ecuación (3.1) Señal máxima ......................................................................................... 72
Ecuación (3.2) Relación peso voltaje .............................................................................. 73
Ecuación (3.3) Capacidad máxima ................................................................................. 73
Ecuación (3.4) Ganancia del amplificador AD620 ......................................................... 75
Ecuación (3.5) Cálculo de la resistencia para ganancia del amplificador ....................... 75
Ecuación (3.6) Ancho de banda modo diferencial .......................................................... 76
Ecuación (3.7) Ancho de banda modo común ................................................................ 76
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ÍDICE DE AEXOS
Anexo 1 Propiedades de las áreas. ................................................................................ 174
Anexo 2 Propiedades del Acero AISI 4140 .................................................................. 175
Anexo 3. Flujograma de diseño .................................................................................... 176
Anexo 4 Fo tografías del proceso constructivo y pruebas del prototipo ....................... 177
Anexo 5. Prototipo CAD implementado mejoras de diseño. ........................................ 182
Anexo 6 Planos constructivos de la cama y circuitos PCB de la balanza ..................... 183
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RESUME
La Unidad de Cuidados Intensivos del Hospital Carlos Andrade Marín actualmente
cuenta con 17 camas que poseen sistemas mecánicos e hidráulicos totalmente manuales,
por lo que es necesario implementar un sistema automatizado que permita efectuar los
movimientos de la cama y coadyuven a la recuperación del paciente, que en esta unidad
generalmente se encuentra en estado crítico, además facilite y optimice el trabajo del
personal de enfermería, evitando realizar movimientos manuales que muchas veces son
efectuados de una manera inadecuada pudiendo causar lesiones al personal o daños de
las partes mecánicas de la cama. Con la automatización se brinda mayor comodidad al
paciente y facilidad de manipulación al personal encargado de su cuidado, así como
también extiende la vida útil del mobiliario; para la ejecución de este proyecto se utilizó
las diferentes ramas de la ciencia que engloba la Ingeniería Mecatrónica.
El primer capítulo analiza la problemática y se plantea una solución, se establecen los
objetivos general y específicos, el alcance, justificación, factibilidad técnica y
económica.
En el segundo capítulo se indica una reseña de las camas que existen en el mercado y
sus características, además la base teórica para la ejecución del prototipo en lo
concerniente al diseño de los elementos mecánicos, sensores, adquisición y tratamiento
de señales.
En el tercer capítulo se realizan los cálculos de los diferentes elementos mecánicos y
electrónicos de la cama y balanza respectivamente, se detallan cada una de la piezas del
prototipo y su funcionamiento, para finalizar se ejecutan las simulaciones de cada uno
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de los movimientos de la cama, utilizando diversas herramientas informáticas donde se
obtienen resultados como la velocidad, desplazamiento, fuerza.
El cuarto capítulo contiene: el proceso constructivo del prototipo, los manuales de
operación y de servicio técnico.
Para concluir el trabajo se presentan las conclusiones y recomendaciones, tomando en
cuenta las sugerencias presentadas por el personal que manipuló el prototipo en la
prueba.
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SUMMARY
The Intensive Care Unit of Hospital Carlos Andrade Marin currently has 17 beds that
have manual mechanical and hydraulic systems, so it is necessary to implement an
automated system that allows the movement of the bed and to assist in patient recovery,
who is usually found in critical condition, also ease and optimize the work of nurses,
thereby avoiding manuals movements which are often done in an inappropriate manner ,
this may cause injury to personnel or damage to the mechanical parts of the bed.
With this automation the hospital provides greater patient comfort and ease of handling
personnel responsible for their care, as well as extending the life of the equipment, for
the implementation of this project we are using many scopes of science that are included
in the Mechatronics Engineering.
The first chapter discusses the problem and proposes a solution, establishing the general
and specific goals, scope, justification, technical and economic feasibility.
The second chapter follows a review of the beds on the market and its features, plus the
theoretical basis for the implementation of the prototype with regard to the design of
mechanical elements, sensors, signal acquisition and processing.
In the third chapter, it shown the calculations of the various mechanical and electronic
components of the bed and the scales respectively, detailing each of the pieces of the
prototype and its operation, to end run the simulations for each of the movements of the
bed using several IT tools where the results are as speed, displacement, force.
The fourth chapter contains: the construction process of the prototype, operating
manuals and technical service manual.
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XXIV
To conclude, the project presents conclusions and recommendations, taking the
suggestions made by staff who handled the prototype in the test.
________________________
Ing. Fausto Freire PhD.Director del Trabajo de Grado
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CAPÍTULO I
1. ITRODUCCIÓ
El avance de la mecatrónica ha permitido que sistemas, maquinas, procesos que estén
involucrados en los diferentes campos de la ciencia puedan ser automatizados
permitiendo reducir tiempo, riesgos y mejorar la productividad; la medicina no está
fuera de esta tendencia por lo que dentro de este campo existen una infinidad de
instrumentos que pueden ser automatizados.
Esto puede aplicarse a las camas de la unidad de terapia intensiva del hospital, que son
susceptibles a la automatización, al modernizar este tipo de mobiliario, se espera que se
reduzcan costos y reutilizar partes y componentes, que de lo contrario saldrían en
desuso y desechados como chatarra.
Con los conocimientos adquiridos durante los años de estudio y tomando como punto de
partida la cama manual se plantea desarrollar el Proyecto de AUTOMATIZACION DE
UNA CAMA PARA TERAPIA INTENSIVA DEL HOSPITAL CARLOS ANDRADE
MARÍN desde el punto de vista teórico y práctico.
1.1 Antecedentes
La Unidad de Cuidados Intensivos del hospital Carlos Andrade Marín cuenta con 18
camas para este tipo de cuidados, que datan de hace unos 20 años aproximadamente y
no poseen ningún tipo de automatismo; son manejadas a través de manivela y pedales
hidráulicos para colocar la cama en las diferentes posiciones que esta ofrece como son:
Trendelenburg y Trendelenburg inverso, altura ajustable, fowler o espalda, elevación de
rodillas, y posición de auto contorno; el índice de ocupación de este servicio es del
100%, con una estancia en su mayoría prolongada de los pacientes.
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Actualmente existen en el mercado camas modernas que permiten realizar todos estos
movimientos, de forma automática pero su precio supera los 30.000 dólares,
convirtiéndose este en un limitante a la hora de modernizar el mobiliario.
1.2 Sistematización
A través del proceso de la sistematización se busca enfocar, entender el problema y sus
futuras consecuencias, así como encontrar una posible solución para esto se analizan
cada una de las siguientes variables:
1.2.1 Diagnóstico
Es necesario identificar cada uno de los problemas y síntomas que conllevan utilizar
camas manuales en la unidad de Cuidados Intensivos del Hospital Carlos Andrade
Marín, para ello se utilizará un diagrama de espina de pescado.
Elaborado por: Patricio Cevallos A.
Procesos
El manejo de este tipo de camas representa un problema ya que muchas veces se
encuentran dañadas y la pérdida de tiempo en su manejo es considerable en un área en
la que no se puede desperdiciar grandes cantidades de tiempo.
Uso de camasmanuales en el áreade Terapia Intensivadel HCAM
Procesos Equipo Materia
Ambiente Personal
Figura 1-1 Diagrama espina de pescado
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Equipo
Este tipo de equipo en la actualidad es obsoleto, considerando el gran avance en la
ciencia médica, y las circunstancias en la cuales trabaja.
Materia
El daño en la construcción es constante debido a la incorrecta manipulación, y a los
materiales que se usan en las reparaciones que se realizan en estos equipos.
Ambiente
El ambiente donde este tipo de equipo trabaja es desfavorable para su conservación y
mantenimiento por cuanto, siempre tienen un alto grado de ocupación, lo que impide
realizar un mantenimiento oportuno, además la presencia de fluidos corporales, propios
de los enfermos, como el vertido por accidente de productos de limpieza y
farmacéuticos pueden afectar a mecanismos expuestos y al funcionamiento en si de la
cama, se debe tomar en cuenta también el área donde estas trabajan debe ser de
completa asepsia, ya que estos ambientes deben estar libres de bacterias gérmenes, etc.
Personal
El manejo por parte del personal de estos equipos muchas veces no es el adecuado,
debido al desconocimiento o apuro en sus actividades.
1.2.2 Pronóstico
Bajo este tipo de condiciones el daño o pérdida de funcionalidad en los equipos es
eminente, tarde o temprano; afectando tanto al paciente que utiliza la cama, ya que no
puede recibir el tratamiento ni cuidados necesarios así como a los encargados de su
cuidado, ya que no pueden dar el tratamiento para su dolencia y pueden resultar
lastimados al adoptar una posición inadecuada tratando de que este tipo de camas
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funcione; por otra parte se reduce más aun la capacidad de por si pequeña de recibir a
pacientes en esta área del hospital, cuando las camas manuales salen en desuso, y no
existen otras para remplazarlas.
1.2.3 Control del pronóstico
Para mitigar y disminuir los problemas antes enumerados se debe acoplar un sistema
para la automatización de este tipo de camas, que permita reducir al mínimo el
mantenimiento y prolongue la vida funcional de este tipo de equipos, así como evitar el
daño de la parte mecánica por su mala operación; además de reducir las lesiones que se
puedan generar a los encargados de su manejo, cuando las camas no funcionan
correctamente o están dañadas, brindando también un buen servicio y aportando en
parte para el correcto tratamiento a los pacientes que usen este tipo de camas.
1.3
Formulación del problema
El servicio de esta Unidad de Cuidados Intensivos cuenta con camas que poseen
sistemas mecánicos e hidráulicos sin ningún tipo de automatización.
La gran mayoría de los pacientes en esta área del hospital se encuentran inconscientes y
en estados críticos, lo cual no les permite realizar ningún tipo de movimiento y
necesitan de constantes tratamientos terapéuticos para evitar escaras y otros males
derivados de su falta de movimiento. El personal asignado a los pacientes, en este caso
las enfermeras, tienen que realizar los movimientos necesarios de la cama, de forma
manual; lo cual muchas veces es realizado de una manera inadecuada, lo que repercute
en un desgaste rápido y daño de las partes mecánicas de la cama, restringiendo así cada
vez más los movimientos de la misma.
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¿La aplicación de ciencias como mecánica, electrónica, programación, ergonomía,
permitió, diseñar una cama funcional?
¿Es funcional el proyecto dentro de esta área del hospital?
¿La automatización de la cama de cuidados intensivos, permitió ahorrar costos, con
relación a la compra de una nueva cama con estas características?
1.4 Objetivos
1.4.1 Objetivo General
Desarrollar una solución de automatización para las camas de la Unidad de Cuidado
Intensivos del Hospital Carlos Andrade Marín.
1.4.2 Objetivos Específicos
-
Analizar el estado y ámbito del problema.
- Diseñar el sistema electro – mecánico del prototipo.
- Diseñar el sistema de control electrónico del prototipo.
- Diseñar la interfaz con el usuario.
- Construir el prototipo propuesto de la cama.
-
Probar la funcionalidad del prototipo.
1.5 Justificación
Gracias a nuevas tecnologías se puede mejorar procesos y maquinas existentes al
automatizarlas, con esto se logra un mejor control, reducción de costos y aumento en la
productividad y seguridad.
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La automatización de equipos y procesos es aplicable a cualquier ámbito, desde la
industria hasta el hogar, claro está es también a la medicina. Ya en este campo la
automatización de este tipo de equipo médico esencial en la recuperación de los
pacientes es muy importante ya que permite tener un mejor y más preciso control en los
movimientos de la cama, así como facilitar esta tarea al personal encargado del
paciente, permitiendo al enfermero realizar otras actividades encaminadas al cuidado
del paciente.
Otras de las ventajas con la automatización de la cama, es que se deja abierta la
posibilidad para que los modelos siguientes puedan ser mejorados a través de
modificaciones en el software y hardware, sin necesidad de alterar la estructura
existente.
A nivel internacional ya existe este tipo de camas y son muy utilizadas dentro de las
áreas de cuidados intensivos de los distintos hospitales; dentro del mercado nacional se
empiezan a distribuir este tipo de camas para hospitales y clínicas, pero su costo es
demasiado alto, el cual ronda los 30000 dólares por la unidad mas básica, de allí el
precio se incrementa según los módulos y funciones adicionales que se requieran.
Lo que trata con este proyecto es automatizar una de las camas de la unidad, a un menor
costo y con la mayor cantidad de funciones, que las camas que se pueden adquirir en el
mercado.
1.6 Alcance
Se plantea que el prototipo de la cama posea un sistema electro-mecánico para su
operación, así como un sistema de emergencia que permita operar la cama cuando no
exista suministro eléctrico.
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A través del sistema electro-mecánico operado mediante actuadores lineales se espera
controlar las posiciones de Trendelenburg, Trendelenburg inverso y la altura ajustable.
Así como las posiciones Fowler o espalda, posición de autocontorno, y elevación de
piernas.
En la cama vendría integrada una balanza digital permitiendo controlar el peso del
paciente mientras este se encuentre utilizando dicha cama, cabe recalcar que la balanza
debe poseer un sistema de tara (ajuste a cero), para que se pese únicamente al paciente,
mas no los distintos equipos conectados a este.
El control de las diferentes posiciones se plantea hacerlo por medio de un control
electrónico ubicado a un lado de la cama. Se plantea que la cama este conectada además
a una computadora, en donde al momento del ingreso al paciente se recojan los datos
del mismo, como nombre tipo de enfermedad, además de almacenar los datos
correspondientes al peso del paciente recogidos durante su permanencia en la cama.
Para la realización de este proyecto se aplicaran conocimientos de mecánica, actuadores
eléctricos, electrónica, los cuales permitirán cumplir con el desarrollo del mismo.
Con este proyecto se busca no solo beneficiar a esta área del hospital sino también al
resto del sector de la salud que necesite de este tipo de instrumental médico.
1.7 Factibilidad
1.7.1 Factibilidad técnica
Para analizar la factibilidad técnica del proyecto se realizaran tablas comparativas de los
diferentes aspectos a tomar en cuenta, concluyendo con los resultados.
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Herramientas de Diseño CAD
Tabla 1 Comparativa de herramientas de diseño CAD.
Ponderación Características SolidWorks AutodeskInventor
AutoCAD
10% Interacción con otros software 8 7 88% Costo de la licencia 4 6 550% Simulación 9 8 820% Análisis de esfuerzos 9 8 812% Manejo de ensambles y piezas 9 6 8
Elaborado por: Patricio Cevallos A.
Fuente: Internet y publicaciones varias
Como herramienta de Diseño se planea utilizar SolidWorks ya que de acuerdo con las
comparaciones con otros software similares obtiene una mejor calificación, pese al
costo de su licencia.
Herramientas de diseño Electrónico
Tabla 2 Comparativa de software de diseño Electrónico.
Ponderación Características Proteus Multisim
45% Interacción con otros software 7 915% Costo de la licencia 8 7
40% Simulación 8 8Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Internet y publicaciones varias
Como herramienta para diseño electrónico se piensa utilizar Proteus ya que presenta
simulaciones bastante exactas de los sistemas electrónicos además, cuenta con gran
cantidad de componentes dentro de sus librerías.
Lenguaje de programación para microcontroladores
Tabla 3 Comparativa de lenguajes de programación para microcontroladores.
Ponderación Características Pic Basic Assembler45% Rapidez de respuesta 7 915% Ahorro de código 7 8
50% Portabilidad 9 8Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Internet y publicaciones varias
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El lenguaje a utilizar será Pic Basic debido a su portabilidad y facilidad de
programación.
Motores
Tabla 4 Cuadro comparativo de tipos de motores.
Ponderación Características Actuador lineal Servomotor Paso a paso
20% Velocidad 8 7 645% Torque 9 7 620% Control 7 9 815% Costo 8 6 8
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Internet y publicaciones varias
Los actuadores lineales los cuales constan de motores DC con motoreductor, entregan
mayor fuerza al sistema, característica muy necesaria a la hora de diseño del proyecto,
además este puede ajustarse mejor a los requerimientos ya que solo se debe escoger el
largo del vástago que se mueve linealmente, cabe recalcar que el control de la posicióndel mismo es bastante exacto y fácil de realizarlo.
1.7.2 Factibilidad Económica
Indicadores Económicos: El TIR y VAN serán calculados como si se fuera a constituir
una empresa dedicada a la construcción y fabricación de este tipo de camas, teniendo
como meta fabricar 24 camas por año, esto se lo realizara de esta manera ya que no es posible calcular este tipo de indicadores para la construcción de una sola cama.
Tabla 5 Inversión Total.
IVERSIÓVALORTOTAL
CAPITALPROPIO
CAPITALFIACIADO
Activos Fijos TangiblesHerramientas 1858,4 1200 658,4Muebles y Equipos de Oficina 1484,1 1000 484,1
Total Act. Fijos Tang. 3342,5 2200 1142,5
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IVERSIÓVALORTOTAL
CAPITALPROPIO
CAPITALFIACIADO
Activos Fijos Intangibles
Total Act. Fijos Intang 24480,0 8000 16480,0
Subtotal Activos Fijos 27822,5 10200,0 17622,5
CAPITAL DE TRABAJOSubtotal Capital de Trabajo 61972,0 20000 41972,0
TOTAL IVERSIÓ 89794,5 30200,0 59594,5
Porcentaje 100,00% 33,63% 66,37%Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Datos obtenidos de cálculos
Terrenos y construcciones no entran como activos fijos tangibles ya que se piensa
arrendar tanto el taller como el vehículo.
Tabla 6 Herramientas.
DETALLE Cantidad Costo Unitario Costo TotalSoldadora 1 400 400Moladora 1 85 85Juegos de llaves 1 200 200Taladro de mesa 1 700 700
Juego de brocas 1 80 80Caja de herramientas 1 150 150Remachadora 1 17 17
Sierra 2 20 40Juego de desarmadores 1 50 50
kit de herramientas electrónica 1 50 50Pinzas 2 25 50
Subtotal 1822
2% imprevistos 36,44TOTAL 1858,44
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Proformas de almacenes
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Tabla 7 Muebles y equipos de oficina.
DETALLE Cantidad Costo Unitario Costo TotalEscritorio 1 170 170Sillas 2 70 140
Teléfono 1 40 40Línea de teléfono 1 60 60
Conexión Internet 256 Kbps 1 50 50Subtotal 4602% imprevistos 9.2
TOTAL 469.2
Equipos de Computo:DETALLE Cantidad Costo Unitario Costo totalProgramador Pics 1 45 45Laptop HP dv4 1420 1 950 950
Subtotal 9952% imprevistos 19.9
TOTAL 1014.9TOTAL 1484.1
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Proformas de almacenes
Tabla 8 Activos fijos intangibles.
Concepto ValorConstitución de la empresa 1500
Estudio de Prefactibilidad 2000Puesta en marcha 500Software y licencias 20000
Subtotal 24000
2% imprevistos 480TOTAL 24480
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Internet, publicaciones varias
Tabla 9 Capital de Trabajo.
Concepto Valor
Costos de Fabricación 54735,26Materia prima 36010,08
Materiales directos 1719,72Materiales indirectos 156,67
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Concepto ValorMano de Obra Directa 16848,79
Gastos 7236,74Suministros 612,00Mantenimiento y reparación 109,14Arriendos 6120,00
Uniformes y equipo de seguridad 380,46Seguros 15,14
Total Capital de Trabajo 61972,00Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Cálculos obtenidos de Excel
Tabla 10 Materia Prima.
Especificación Costo Total por Cama Costo Total Anual
Actuadores lineales 503.00 12072.00Celdas de carga 360.00 8640.00Caja de control 164.00 3936.00
Sistema backup 147.00 3528.00Control 62.00 1488.00
Estructura metálica 120.00 2880.00ruedas 30.00 720.00Material electrónico 45.00 1080.00
Tablero con recubrimiento 40.00 960.00Subtotal 1471.00 35304.002% imprevistos 29.42 706.08TOTAL 1500.42 36010.08
Materiales DirectosEspecificación Costo Total por Cama Costo Total AnualPernos y tornillos 12.5 300.00
tuercas y arandelas 5 120.00Cable 2 48.00
Discos abrasivos 2 48.00Electrodos 2 48.00Pintura 45.00 1080.00Estaño 0.50 12.00Lubricantes 1.25 30.00Subtotal 70.25 1686.002% imprevistos 1.41 33.72
TOTAL 71.655 1719.72
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Especificación Costo Total por Cama Costo Total Anual
Materiales IndirectosPlástico de embalaje 1 24,00
Cinta de embalaje 0,4 9,60Transporte y Aduanas 10 120,00Subtotal 11,4 153.6
2% imprevistos 0,228 3,07TOTAL 11,628 156,67
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Cotizaciones de almacén
El Costo Total anual se toma como si se fueran a fabricar 24 camas al año.
Tabla 11 Mano de Obra.
Cargo # de personasSueldo básico
individualSueldo mensual
IBS Sueldo Anual IBSDiseñador 1 510 698,22 8378,58Ayudante 2 240 678,32 8139,84
Subtotal 1376,54 16518,42
2% imprevistos 27,53 330,37TOTAL 1404,07 16848,79
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Comisiones Sectoriales
Tabla 12 Suministros.
Concepto UnidadCantidadMensual Costo Unitario
CostoMensual
Costo TotalAnual
Energía eléctrica Kwh 200 0.07 14 168Agua m3 8 0.5 4 48Internet kbps 1000 29 348
Teléfono min 100 0.03 3 36Subtotal 50 600
2% imprevistos 1 12TOTAL 51 612
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Estimados básicos
Pa 2
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Tabla 13 Mantenimiento y Reparación.
Concepto Valor % del Costo Valor Mensual Valor AnualMuebles y equipos 469.2 3% 1.17 14.08Maquinaria 1858.44 5% 7.74 92.92
Subtotal 8.92 107.002% imprevistos 0.18 2.14
TOTAL 9.09 109.14Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Estimados básicos
Tabla 14 Arriendos.
CONCEPTO Cantidad Valor Mensual Valor TotalTaller y Bodega 1 300 300Vehículo 1 200 200
Subtotal 500
2% imprevistos 10TOTAL 510
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Estimados básicos
Tabla 15 Uniformes y Equipos de Seguridad.
DETALLE Cantidad Costo Unitario Costo Total AnualOverol de tela jean 2 35 70
Zapatos industriales 2 75 150Respirador de polvo 2 30 60
Protector auditivo 2 4 8Guantes de cuero 1 5 5Gafas de protección 2 15 30
Extintores 1 50 50
Subtotal 3732% imprevistos 7.46TOTAL 380.46
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Cotizaciones varias
Tabla 16 Seguros.
Concepto Valor Total% de Valor
Total Valor Mensual Valor AnualMuebles y enceres 469.2 1.00% 0.39 4.69
Equipos de computo 1014.9 1.00% 0.85 10.15Subtotal 1.24 14.84
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Concepto Valor Total% de Valor
Total Valor Mensual Valor Anual
2% imprevistos 0.02 0.30TOTAL 1.26 15.14
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Estimados varios
Tabla 17 Costo de Producción Anual.
Costo Total Costo Variable Costo FijoCOSTO DE FABRICACIÓNCostos Directos
Materia Prima 36010.08 36010.08Materiales Directos 1719.72 1719.72Mano de Obra Directa 16848.79 16848.79
Costos Indirectos
Materiales Indirectos 156.67 156.67Suministros 612.00 612.00Mantenimiento 109.14 109.14Seguros 15.14 15.14
COSTOS DE ADMINISTRATIVOSPersonal Administrativo 0 0Gastos Administrativos 0.00 0 0
COSTOS DE VENTASTotal de costos de ventas 0 0
COSTOS FINANCIEROSTotal de costos financieros 7054.14 7054.14
COSTO DE PRODUCCIÓN TOTAL 62525,68 54844.40 7681.28Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Contabilidad de Kester
Tabla 18 Depreciación.
Concepto CostoVidaÚtil %
ValorResidual
Valor aDepreciar
DepreciaciónAnual
Maquinaria 1858.4 10 10.00% $ 92.92 $ 1,765.52 176.55
Muebles yEnceres 469.2 10 10.00% $ 23.46 $ 445.74 44.57
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Concepto CostoVidaÚtil %
ValorResidual
Valor aDepreciar
DepreciaciónAnual
Equipos decomputación 1014.9 3 33.33% $ 50.75 $ 964.16 321.35
TOTAL $ 167.13 542.48Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Cálculos Excel
Tabla 19 Amortización.
Concepto Valor Vida Útil % Amortización Anual
Constitución de la empresa 1500 5 20.00% 300.00
Estudio de Prefactibilidad 2000 5 20.00% 400.00Puesta en marcha 500 5 20.00% 100.00
Software y Licencia 20000 5 20.00% 4000.00TOTAL 4800.00
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Publicaciones SRI
Tabla 20 Gastos Financieros.
Valor
Capital Financiado 59594,54Plazo 10 añosInterés anual 12,00%
Años semestres Pago periódico Interés AmortizaciónSaldo
Insoluto
0 $ 59.594,541 $ 5.195,72 $ 3.575,67 $ 1.620,05 $ 57.974,492 $ 5.195,72 $ 3.478,47 $ 1.717,25 $ 56.257,23
Año 1 $ 7.054,14 $ 3.337,311 $ 5.195,72 $ 3.375,43 $ 1.820,29 $ 54.436,942 $ 5.195,72 $ 3.266,22 $ 1.929,51 $ 52.507,43
Año 2 $ 6.641,65 $ 3.749,801 $ 5.195,72 $ 3.150,45 $ 2.045,28 $ 50.462,162 $ 5.195,72 $ 3.027,73 $ 2.167,99 $ 48.294,16
Año 3 $ 6.178,18 $ 4.213,271 $ 5.195,72 $ 2.897,65 $ 2.298,07 $ 45.996,092 $ 5.195,72 $ 2.759,77 $ 2.435,96 $ 43.560,13
Año 4 $ 5.657,42 $ 4.734,031 $ 5.195,72 $ 2.613,61 $ 2.582,12 $ 40.978,022 $ 5.195,72 $ 2.458,68 $ 2.737,04 $ 38.240,98
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Años semestres Pago periódico Interés AmortizaciónSaldo
Insoluto
Año 5 $ 5.072,29 $ 5.319,161 $ 5.195,72 $ 2.294,46 $ 2.901,26 $ 35.339,712 $ 5.195,72 $ 2.120,38 $ 3.075,34 $ 32.264,37
Año 6 $ 4.414,84 $ 5.976,611 $ 5.195,72 $ 1.935,86 $ 3.259,86 $ 29.004,512 $ 5.195,72 $ 1.740,27 $ 3.455,45 $ 25.549,06
Año 7 $ 3.676,13 $ 6.715,311 $ 5.195,72 $ 1.532,94 $ 3.662,78 $ 21.886,282 $ 5.195,72 $ 1.313,18 $ 3.882,55 $ 18.003,73
Año 8 $ 2.846,12 $ 7.545,331 $ 5.195,72 $ 1.080,22 $ 4.115,50 $ 13.888,232 $ 5.195,72 $ 833,29 $ 4.362,43 $ 9.525,80
Año 9 $ 1.913,52 $ 8.477,931 $ 5.195,72 $ 571,55 $ 4.624,18 $ 4.901,632 $ 5.195,72 $ 294,10 $ 4.901,63 $ 0,00
Año 10 $ 865,65 $ 9.525,80Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Estimado Banca privada
Tabla 21 Precio de Venta.
Producto Producción
CPT anual(USD)
Costo totalunitario (USD)
P.V
CPT / PA CU + 12% + 20%
Camas UCI 24 62525.68 2605.24 3438.91Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Calculo estimativo Excel
Costo de Oportunidad:Tasa activa 9.19% Riesgo país 4.12%
Tasa pasiva 5.24% Tasa impositiva 36.25%
Tasa de descuento TD 9.77%
Fuente: Publicaciones Banco Central
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Tabla 22 VAN.Años FNC FNCA VANm VAN M
0 -30200,00 -30200,001 6.857,57 $ 6.247,182 7.078,73 $ 6.448,663 7.289,20 $ 6.640,40
4 7.370,36 $ 6.714,335 7.552,79 $ 6.880,536 5.977,29 $ 5.445,26
7 6.120,80 $ 5.575,998 6.239,84 $ 5.684,44
9 6.330,51 $ 5.767,0410 6.388,40 $ 5.819,78
VAN = $ 12.910,49Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Cálculos Excel
TIR
TIR = 18.65%
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Cálculos Excel
De acuerdo a los indicadores económicos obtenidos y bajo los parámetros que se
calcularon se puede decir que el proyecto es factible.
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Tabla 23 Estado de resultados
Concepto Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7
Ventas brutas 82.533,89 84.267,11 86.036,72 87.843,49 89.688,20 91.571,65 93.494,66
Costo de producción 62.525,68 63.677,41 64.853,33 66.053,94 67.279,77 68.531,34 69.809,19
Utilidad Bruta en
ventas 20.008,22 20.589,70 21.183,39 21.789,54 22.408,43 23.040,32 23.685,47
Gastos Administrativos 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Gastos de ventas 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Depreciaciones 542,48 542,48 542,48 221,13 221,13 221,13 221,13
Amortizaciones 4.800,00 4.800,00 4.800,00 4.800,00 4.800,00 0,00 0,00Utilidad neta en
operación 14.665,74 15.247,22 15.840,91 16.768,42 17.387,31 22.819,19 23.464,34
Costos financieros 7.054,14 6.641,65 6.178,18 5.657,42 5.072,29 4.414,84 3.676,13
Utilidad antes de
participación 7.611,60 8.605,57 9.662,73 11.111,00 12.315,02 18.404,35 19.788,21
15% participación de
trabajadores 1.141,74 1.290,84 1.449,41 1.666,65 1.847,25 2.760,65 2.968,23
Utilidad neta antes de
impuestos 6.469,86 7.314,73 8.213,32 9.444,35 10.467,76 15.643,70 16.819,98
25% impuesto a la renta 1.617,46 1.828,68 2.053,33 2.361,09 2.616,94 3.910,92 4.204,99
Utilidad eta 4.852,39 5.486,05 6.159,99 7.083,26 7.850,82 11.732,77 12.614,98Elaborado por: P
Fuente: Contabil
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Tabla 24 Flujo Neto de Caja
Años
Utilidad
Neta Depreciación Amortización
Capital de
Trabajo
Valor
residual Inversión Préstamo
0 89794,54 59594,5
1 4.852,39 542,48 4800,00
2 5.486,05 542,48 4800,00
3 6.159,99 542,48 4800,00
4 7.083,26 221,13 4800,00
5 7.850,82 221,13 4800,00
6 11.732,77 221,13 0
7 12.614,98 221,13 0
8 13.564,04 221,13 0
9 14.587,31 221,13 0
10 15.693,08 221,13 0
61972,00 8466,00
Elaborado por: P
Fuente: Contabil
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CAPÍTULO II
2. MARCO DE REFERECIA
Este tipo de mobiliario médico es de suma importancia en el área de cuidados intensivos
para que la recuperación del paciente sea integral, y se minimice el riesgo de sufrir
padecimientos derivados de la falta de movilidad en el paciente.
El cambio regular de posición del paciente ha sido recomendado como medida para
reducir la atelectasia y movilizar secreciones pulmonares, así reduciendo el riesgo de
infecciones en el tracto respiratorio (Griffiths, 2005).
Las enfermeras de la Unidad de Terapia Intensiva están involucradas en el
reposicionamiento frecuente de los pacientes para mejorar su ventilación pulmonar y
controlar la presión de la zona. La inmovilidad incrementa el riesgo de complicaciones
pulmonares. En caso del colapso de los alveolos en el pulmón, se produce atelectasia
conduciendo a una distensibilidad pulmonar reducida. La inmovilidad agrava la
acumulación de mucosidades en los pulmones, culminando en infecciones respiratorias.
Las diferentes posiciones que se logran a través de la automatización de las posiciones
de la cama, coadyuvan a tratar diversos padecimientos y lesiones que se presenten en el
paciente, se logra facilitar el trabajo de las personas encargadas del cuidado del
paciente, así como evitar lesiones que se generan por movimientos bruscos.
2.1 Características generales de las camas.
Dimensiones
Las dimensiones de la cama podrán variar para adecuarse al diseño y a las necesidades
del cliente, pero estas deberán estar enmarcadas dentro las normas como la NBE-CPI/
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96, según la cual la anchura libre en puertas de habitaciones, pasos y salidas será 1,05
m. mínimo. La anchura de cada hoja será 1,20 m. máximo, con esto las medidas serán:
H: Altura fija o regulable. Regulable mín. 40, máx. 90 cm.
L: Longitud fija o regulable. Regulable min. 190, máx. 220 cm.
W: Ancho entre 80 y 100 cm.
P: Peso entre 80 y 130 kg.
Posiciones de las camas
Elevación en altura
La altura de la cama de cuidados intensivos debe ser variable. Teniendo como altura
mínima 450 mm y como altura máxima 900 mm medidos desde el suelo. Esto permite a
la cama colocarla en posición de reposo nocturno para el descanso del paciente.
Descendiendo horizontalmente la cama hasta su altura mínima; aumenta la seguridad,
evita daños por caída y facilita el acceso a la cama para el paciente. Además permite
posición de atención al paciente, la cual ayuda al profesional encargado de su cuidado
revisarlo sin necesidad de adoptar posiciones inadecuadas, de acuerdo a su altura.
Trendelenburg –Trendelenburg inverso
En estas posiciones todo el somier de la cama adopta una posición entre -16° y 16° con
respecto a la horizontal, llamándose Trendelenburg a las posiciones comprendidas entre
0 y 16° y Trendelenburg inverso a las posiciones comprendidas entre 0 y -16°.
Fowler
También llamada de espalda, en esta posición, la parte superior de la cama, donde se
asienta la espalda, toma una inclinación entre 0 y 70° con respecto a la horizontal.
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Elevación de muslos
En esta posición, el plano del somier sobre el cual descansan los muslos, puede tomar
inclinaciones comprendidas en los 0° y 40° con respecto a la horizontal del lecho,
permitiendo, además flexionar o no las rodillas.
Silla cardiaca
Mediante la combinación de movimientos de la cama como son: fowler o espalda,
Trendelenburg y elevación de muslos se puede llevar a cabo la posición de silla
cardiaca, este tipo de movimiento en una cama de terapia intensiva es imprescindible.
Somier
El somier está compuesto por un número determinado de planos. Puede ser un somier
no articulado de un solo plano, o puede estar formado por 3 o 4 planos articulados, que
permiten variar la posición del paciente en el lecho. El plano de respaldo (1) que
permite la posición fowler. El plano central (2) es fijo. El plano de muslos (3) que
permite la elevación de muslos. El plano de los pies (4) varía según la posición del
plano de los muslos, y a su vez puede regular su altura respecto a la horizontal del punto
más alto del plano (3). Los planos antes descritos se pueden apreciar mejor en la
siguiente figura:
Figura 2-1 Distribución de los planos en el somier de la cama.
Elaborado por: Patricio Cevallos A.
12 3
4
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El somier puede estar fabricado en diferentes tipos de materiales y formas:
Estructura tubular de acero recubierto de pintura epoxi, poliéster, etc.
Varilla metálica electrosoldada.
Materiales termoplásticos.
Fibra inyectada radiotransparente.
Material compacto HLP.
Estructura
Normalmente la estructura de la cama está fabricada en Acero recubierto en resina
epoxi, pintura epoxi-poliéster, o polvo poliéster puro.
La estructura puede ser fija, o por el contrario, puede variar en altura mediante un
accionamiento de tipo electrónico, hidráulico o manual. También puede ser una
estructura extensible, que permita variar su longitud. Puede tener posicionamiento
Trendelenburg y Trendelenburg inverso, y movimiento de lateralización. La estructura
debe estar preparada para alojar el cabecero y el piecero de la cama, así como diferentes
accesorios como pueden ser un incorporador, porta-sueros, arco balcánico, barandillas
laterales, etc.
Accionamientos
Los accionamientos son todos aquellos sistemas que permiten llevar a cabo los distintos
movimientos que son necesarios en este tipo de camas estos pueden ser:
Manual
Mediante husillos, serretas o manivelas plegables, que permiten regular los planos del
somier y la posición y altura del bastidor.
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Eléctrico y Electrónico
Mediante un mando electrónico el cual accionará a uno o varios actuadores eléctricos de
baja tensión, que permitan los diferentes movimientos de la cama. Este tipo de
accionamiento debe llevar baterías o un sistema mecánico de emergencia que permitan
el movimiento normal en caso de fallo del suministro eléctrico normal. Se puede
implementar además una consola auxiliar que permita también el control de los
movimientos accionados a través actuadores eléctricos.
Hidráulico o neumático
Mediante un sistema de elevadores hidráulicos accionados a través de pedales, pueden
realizarse los movimientos de elevación de la estructura de la cama, así como los
movimientos de tren y trendelenburg inverso; de manera similar a la hidráulica un
sistema neumático puede realizar los mismos movimientos.
Tren de rodadura
Ruedas giratorias pivotantes con diámetro de 125 mm o de 150 mm según el tipo de
cama. Pueden ser ruedas de rodadura simple o de rodadura doble (ruedas doble
carenadas). El bloqueo de las ruedas es de dos tipos:
Freno independiente: se bloquean individualmente y en diagonal dos ruedas de
la cama.
Freno centralizado: un pedal con tres posiciones que permite el bloqueo
simultáneo de las cuatro ruedas, el bloqueo de una sola rueda para
desplazamientos unidireccionales, y el desbloqueo simultáneo de las cuatro
ruedas.
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ormativas internacionales de diseño y construcción
Existen varias normativas para el diseño y construcción de equipos y mobiliario medico
entre estas normas se citan las siguientes:
UNE-EN 60601-1:1993: Equipos Electromédicos. Requisitos Generales Para La
Seguridad. (Version Oficial EN 60601-1:1990).
UNE-EN 60601-1-1:1996: Equipos Electromédicos. Parte 1: Requisitos
Generales De Seguridad. Seccion Uno: Norma Colateral: Requisitos De
Seguridad Para Sistemas Electromédicos.
UNE-EN 60601-2-38:1997: Equipos Electromédicos. Parte 2: Requisitos
Particulares De Seguridad Para Las Camas De Hospital Electromecánicas.
UNE-EN 60335: Seguridad De Los Aparatos Electrodomésticos Y Análogos.
UNE-EN-46001 Sistemas De La Calidad Para Productos Sanitarios.
Directiva Comunitaria 93/42/CEE De Productos Sanitarios.
De acuerdo a la información obtenida en el INEN, en el Ecuador no existe una
normativa para el diseño y construcción de este tipo de mobiliario, por lo que en este
tipo de diseños se debe considerar las Normas Internacionales vigentes que traten sobre
el tema.
2.2 Características de algunas camas del mercado
En el siguiente cuadro se comparan las características que poseen algunas de las camas
que se pueden encontrar en el mercado local, además de la cama utilizada actualmente
en la Unidad de Cuidados Intensivos del hospital y de la solución de automatización que
se propone en esta tesis.
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Tabla 25 Tabla comparativa de camas existentes en el mercado.
Camas para Terapia Intensiva en el Mercado
Características 1 2 3 4 5 6 7
Altura regulable*
Trendelenburg / trendelenburginverso > 12° *
Elevación de rodillas *
Posición fowler*
Función terapéutica tramo piernasmanual
Posición silla cardíaca
Balanza
Capacidad máxima 200Kg
Conexión con PC
Respaldo de batería
Actualizaciones por software ***
*A través de accionamiento eléctrico por medio de un mando central.
** Cama actualmente utilizada en el servicio de Terapia Intensiva del Hospital.
*** Para agregar nuevas características a la cama únicamente con el cambio en el
software de acuerdo a requerimientos específicos del cliente.
Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Publicaciones e Internet.
Para el desarrollo del proyecto se considera algunas características de diversas camas
existentes en el mercado, sin tomar una como referencia específica; presentando así la
solución propuesta en el ítem 7.
ÍTEM DESCRIPCIÓN1 CI healthcare
2 Astaburuaga Cama K23 Total care duo2 hillroom4 Komplet Electrica5 Stryker critical care bed**6 Cama Ferromédica7 Solución de automatización propuesta
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2.3 Sensores
Son elementos que producen una señal relacionada con la cantidad que se está midiendo
y se utilizan en muchos campos, para medir diferentes magnitudes físicas entre las
cuales se pueden citar: peso, luminosidad, presión, voltaje, desplazamiento, velocidad,
proximidad, etc.
Al seleccionar un sensor para hay que considerar varios factores:
1.
El tipo de medición que se requiere, la variable que se va a medir, su valor
nominal, el rango de valores, la exactitud, velocidad de medición y confiabilidad
requeridas, las condiciones ambientales en las que se realizará la medición.
2. El tipo de salida que se requiere del sensor, lo cual determinara las condiciones
de acondicionamiento de la señal.
3. Con base en lo anterior se pueden identificar algunos posibles sensores, teniendo
en cuenta rango, exactitud, linealidad, velocidad de respuesta, confiabilidad,
facilidad de mantenimiento, duración, requisitos de alimentación eléctrica,
solidez, disponibilidad y costo.
La elección de un sensor no se puede hacer sin considerar el tipo de salida que el
sistema debe producir después de acondicionar la señal; por ello, es necesaria una
integración idónea entre sensor y acondicionador de señal. (Zemic Europe, 2010)
2.3.1 Galgas Extensiométricas
Principio Básico de funcionamiento
El cambio de la resistencia eléctrica resultado de la tensión o compresión mecánica,
representa el principio básico sobre el cual operan las galgas extensiométricas.
(Murray, 1992)
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Descripción
Existen dos tipos de
De hilo cond
El sensor está constit
flexible, sobre la cua
acaban en dos termin
Semiconducto
Las galgas semicon
sustituye el hilo
semiconductoras tien
Figura
2.3.2 Celdas de C
Principio de
Una modalidad muy
deformímetros de r
elemento cuando ést
este transductor se
cilíndrico, o un bloq
fuerzas para compri29
constructiva
algas básicos:
ctor o lámina conductora
uido básicamente por una base muy delgada
va adherido un hilo metálico muy fino. Las
ales a los cuales se conecta el transductor.
ras
uctoras son similares a las anteriores. En
etálico por un material semiconductor.
en un tamaño más reducido.
2-2 Representación galga extensiométrica ti
rga
uncionamiento
común de transductor para medir fuerza se
esistencia eléctrica para monitorear la d
se estira, comprime o dobla por la aplica
e conoce como celda de carga. La celda
e en el que se colocan deformímetros o ext
ir o flejar a la celda de carga, los defor
no conductora y muy
terminaciones del hilo
ste tipo de galgas se
Este tipo de galgas
o cinta.
Fuente: (Coughlin, 1999)
basa en el empleo de
eformación de cierto
ción de una fuerza. A
de carga es un tubo
nsómetros. Al aplicar
ímetros producen un
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cambio de resistencia, el cual es la medida de la deformación y, por lo tanto, de las
fuerzas aplicadas. Por lo general, estos indicadores de presión se utilizan para fuerzas de
hasta 10Mn, su error aproximado por no linealidad es de +- 0.03% del rango total, el
error por histéresis de +- 0.02% del rango total. (Bolton, 2005)
En la figura 2.3 se muestra una construcción típica de una celda de carga con
extensómetros para medir fuerza de compresión. El miembro detector de carga es
suficientemente corto para evitar que la columna se arquee bajo la carga nominal y está
proporcionado para que desarrolle aproximadamente de 1500ε con carga de escala
completa. Los materiales utilizados incluyen acero SAE 4340, acero inoxidable 17-4 PH
y aleación de aluminio 2024-T4. Los medidores de metal tipo hoja se adhieren en los
cuatro lados; los medidores 1 y 3 detectan el esfuerzo directo provocado por Fi y el 2 y
el 4 esfuerzo transversal provocado por la relación de Poisson . Esta disposición da
una sensibilidad 2(1+) veces que la lograda con un solo medidor activo en el puente.
También proporciona compensación por temperatura primaria puesto que los cuatro
medidores están a la misma temperatura. Además, el arreglo es insensible a esfuerzos de
flexión provocados por la aplicación de Fi descentrada o a un cierto ángulo.
Figura 2-3 Celda de carga con galgas extensiométricas
Fuente: (Doebelin, 2005)
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La deflexión bajo carga completa de semejantes celdas de carga es del orden de 0.001 a
0.015 in, lo que indica su elevada rigidez. A menudo la frecuencia natural no se valúa
puesto que es determinada casi por completo por elementos de la masa portadores de
fuerza externos al transductor. Esto es especialmente cierto en las muchas aplicaciones
en que la celda de carga se utiliza para pesar. Para alcanzar alta precisión (0.3 a 0.1% de
la carga completa), requerida en muchas aplicaciones es necesaria una compensación
por temperatura adicional. Esto se logra por medio de resistores sensibles a la
temperatura R gc y R mc. Mostrados en la figura 2.3. Estos resistores están
permanentemente adheridos en la parte interna de la celda de carga para que asuma la
misma temperatura que los medidores. Es decir, aunque se desea medir fuerza, los
medidores detectan deformación, por lo tanto, cualquier cambio del módulo de
elasticidad producirá una deformación diferente, aun cuando la fuerza es la misma.
Como todos los metales cambian de módulo con la temperatura, este efecto provoca una
variación de la sensibilidad. (Doebelin, 2005)
Fuerzas actuantes sobre celdas de carga
El entendimiento de la forma exacta en que una carga o fuerza debe ser aplicada a la
celda de carga es de vital importancia para el buen diseño de una balanza o sistema de
peso en plataformas tanques, tolvas, silos, etc. permitiendo además una correcta
selección del modelo de celda de carga adecuado para la aplicación.
o El Ideal
Las especificaciones técnicas de las celdas de cargas han sido determinadas bajo
condiciones de laboratorio, aplicando la carga o fuerza a la celda bajo condiciones lo
más cercanas posibles a la perfección.
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En la figura 2.4 (a) vemos una simple aplicación con una celda de carga de tipo viga de
flexión. Uno de los lados está firmemente fijado a una base rígida, con el extremo
opuesto libre para flexionar de acuerdo al peso o carga aplicada. Bajo condiciones
ideales, la superficie será perfectamente plana, horizontal y totalmente rígida.
La carga F se introduce en forma vertical con un mínimo de fuerzas extrañas aplicadas.
Las celdas de carga están preparadas para ser insensibles en lo posible a todas las
fuerzas distintas a la vertical. Lamentablemente, en el mundo real, el montaje de las
celdas y las condiciones de aplicaciones de fuerzas están generalmente alejados del
ideal. Entendiendo los problemas de aplicación de fuerzas descritos a continuación
permitirán prevenir la mayoría de los problemas en la instalación del sistema de pesaje.
Generalmente estas fuerzas o cargas distintas a las verticales se pueden producir por
accesorios de montaje no alineados debidamente, una base poco rígida, expansión o
contracción térmica, deflexión al aplicar la carga etc.
o Fuerzas Angulares
Esta es una condición en que la fuerza F es introducida al orifico de recepción de carga
en un ángulo en relación con el eje central figura 2.4 (b). Esta fuerza se anula si el
componente angular llega a los 90° en relación con el eje central.
Por ejemplo, si la fuerza F está inclinada en 4° en relación a al eje central, en ese caso la
fuerza registrada por la celda de carga se reduce en un 0.4° pues se aplica una fuerza
lateral de 0.1F. Si esta dirección de la fuerza aplicada es constante, la calibración
compensará este error y la balanza será precisa. En cambio, si este ángulo varía al
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aplicar el peso, se producirá falta de linealidad en la balanza, fricciones en el sistema
mecánico y errores por histéresis.
o Cargas Excéntricas
Esta es una condición en que la fuerza es aplicada a la celda en forma vertical pero la
línea del eje de acción está apartada del eje del orificio de carga de la celda de carga,
esto se puede apreciar en la figura 2.4 (c)
Esta condición no afectará el normal funcionamiento de la balanza o sistema de pesaje
si la posición es constante, pues al calibrar se compensará el error. En cambio, si este
punto de aplicación varía durante el funcionamiento del sistema, se producirán errores
de linealidad e histéresis.
o Cargas Laterales
Esta es una condición en que la fuerza F (la que se desea medir) está acompañada por
otra fuerza R aplicada a 90° en relación a F, esto se puede ver en la figura 2.4 (d). Esta
fuerza podría ser constante, pero casi siempre varia en el tiempo produciendo errores de
linealidad e histéresis.
La celda de carga ideal debe ser totalmente insensible a estas fuerzas laterales, sin
embargo en la práctica se producen errores de precisión por causa de estas fuerzas y
generalmente no todas las celdas reaccionan en la misma forma ante problemas
similares.
En el sistema de pesaje de la cama no deben existir fuerzas laterales al momento de esta
permanecer permanecer inmóvil y posición para pesaje, sin embargo estas existirán al
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momento de la cama ser transportada o cuando no se encuentre en una posición
completamente inmóvil
o Fuerzas Giratorias o de Torque
Generalmente, las fuerzas laterales no actúan directamente sobre un eje neutro,
causando una fuerza de torque, adicional a la fuerza lateral. Una celda puede ser
afectada por fuerzas de torque (T) de muchas maneras. En la figura 2.4 (e) se ilustra una
condición en que la línea de acción de la fuerza lateral, es apartada del eje neutro por
una distancia h resultante del torque sobre Rh.
La figura 2.4 (f) ilustra una condición en que el peso cuelga del eje de la celda por
medio de un perno. Cualquier fuerza lateral aplicada a este sistema tendrá un efecto de
torque mucho mayor, aumentado por la distancia h1 en relación al eje de fuerzas.
Finalmente vemos una fuerza de torque de magnitud Fy como causa de la fuerza
aplicada fuera del eje de carga de la celda, figura 2.4 (g).
Teniendo en cuenta que estas fuerzas son generalmente variables, no es posible
predeterminar la forma en que pueden degradar la precisión del sistema de pesaje.
(Servicios de Pesaje SDP, 2007)Figura 2-4 Diferentes tipos de fuerzas que actúan sobre la celda de carga.
(a) (b)
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(c) (d)
(e) (f)
(g)
Fuente: (Servicios de Pesaje SDP, 2007)
Aspectos importantes al elegir y usar celdas de carga
La instalación de celdas de carga en camas hospitalarias requiere cuidadosa atención
para que el sistema sea seguro y preciso. El desempeño de una celda de carga depende
primordialmente en su capacidad para flejar repetidamente bajo condiciones cuando el
peso es aplicado o removido
Para satisfacer los requerimientos, las celdas de carga son usadas principalmente en
conjunción con sistemas de montaje especiales, preferentemente deberán ser montados
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rígidamente entre la aplicación y la base. Los soportes de las celdas de carga deben ser
diseñados para evitar los siguientes efectos en la celda de carga:
- Fuerza laterales.
- Momentos de flexión.
- Momentos de torsión.
- Vibraciones para la celda de carga.
Estos efectos no solo comprometen el desempeño de la celda de carga, si no también
pueden conducirla a un daño permanente.
Preferentemente la celda de carga debe ser montada sobre una base rígida que no flejará
mientras el sistema está cargado. La celda de carga además deberá ser soportada po