UNIVERSIDAD AUTóNOMA METROPOLITANA

UNIDAD IZTAPALAPA

División de Ciencias Básicas e Ingeniería

Departamento de Ingeniería Eléctrica

Prototipo de un control electrónico básico de incubadora, Para la termorregulación neonatal

Tesis que presentan los alumnos:

Rivero Zepeda Rafael Gerard0 90327241 Solís Paulino Leonor Isabel 91 325010

P ara I a o btención del grado de Licenciatura en hgeniería Biomédica .,

Asesor: If J .< Donaciano Jiménez V á z b e z

i

Marzo de 2001 T

VROTOTIPO DE UN CONTROL E L E C T R ~ N I C O BÁSICO DE INCUBADORA, PARA TERMORREGULACIÓN

NEONATAL

lndice

Capítulo 1 Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Capítulo 2 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.1 Limpieza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2 Seguridad y simplicidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.3 Una fácil y exacta regulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Capítulo 3 Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3.lObjetivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.2 Hipótesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.3 Material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Capítulo 4 Marco Teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4.2 Funcionamiento del Módulo de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Capítulo 5 Norma Oficial Mexicana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

5.1 Definición de Incubadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

5.2 Temperatura de la Incubadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

5.3 Temperatura Promedio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

5.4 Temperatura de Equilibrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5.5 CondiciGn de Temperatura Estable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5.6 Variabilidad de la Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

5.7 Temperatura de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

15

5.9 Símbolos y Abreviaturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.1 O Especificaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.1 1 Condiciones Ambientales de Operación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5.8 Temperatura de la lncubador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a

5.1 2 Tensión de Alimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5.1 3 Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5.14 Chasis (Módulo de Control) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

5.1 5 Características Térmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

5.1 6 Alarmas e Indicadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ’ 22

5.17 Niveles de sonido DBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5.1 8 Características Eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Capítulo 6 Metodología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

6.1 Etapa 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

6.1 . 1 Análisis de la Etapa 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 6.1.2 Selector de Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

6.2 Etapa 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

6.3 Etapa 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

6.3 Etapa 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Capítulo 7 Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Capítulo 8 Discusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Capitulo 9 Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Prólogo

La complejidad del cuidado de la salud nos ha llevado a proponer soluciones sencillas y practicas. Dentro de las cuales abordamos en concreto el área del cuidado neonatal.

En esta tesis proponemos un control básico para regular la temperatura corporal del neonato {de forma indirecta), ya sea para su ambientación o bien para su observación en caso de problemas de salud menores. En esta última parte queremos resaltar que en algunos lugares, como son las sierras, estos equipos básicos marcan una gran diferencia en la mortalidad infantil, ya que son utilizados para cuidados intensivos.

Este prototipo pretende crear un microambiente similar al que tendría el vientre materno, con la opción de regular la temperatura y la humedad. Esto favorece en mayor grado el cuidado del neonato que se tenga en observación.

La base fundamental en que se desarrolló este prototipo es utilizando un termómetro y un control electrónico para regular la temperatura. El termómetro cumple con la función de sensar y desplegar la temperatura que se tiene en el interior del equipo. Por otro lado, el control permite regular o seleccionar la temperatura del interior. De tal manera que el especialista tiene la opción de utilizar un cierto rango de temperatura para cada uno de los casos.

Una vez que el especialista selecciona la temperatura que requiere, el circuito activa un calefactor, a través del cual pasa un flujo de aire para ser calentado. Este flujo es direccionado por canales metal-mecánicos al interior de la burbuja (capacete), creando la atmósfera adecuada. Este mismo flujo vuelve a ser absorbido por el lado opuesto de la burbuja, por medio de la turbina. En este punto se tiene el sensor del termómetro, el cual indica la temperatura que tiene el microambiente, permitiendo la comparación entre la temperatura seleccionada y la sensada. El flujo reingresa al calefactor, cerrando así el circuito que crea un ambiente estable.

Una vez que se tiene la temperatura deseada, el circuito continua comparando ambas temperaturas y en caso de obtener una lectura menor en el termómetro activa el calefactor, desactivándolo en cuanto ambas lecturas son iguales.

De esta manera sencilla y practica se diseño el prototipo de un control que permite la creación de un ambiente adecuado para el cuidado neonatal.

1 ANTECEDENTES

Dentro de los diversos problemas de salud que presenta la población de nuestro País,

se encuentra la elevada tasa de mortalidad infantil, principalmente en las poblaciones

más alejadas de las grandes ciudades. Para entender mejor la magnitud del problema,

es importante mencionar que en contraste con nuestra realidad, los países

desarrollados poseen una mortalidad infantil inferior a 1 O x 1000 nacidos vivos['51.

La población mas vulnerable a la supervivencia son los infantes prematuros. Un infante

prematuro es aquel que nace con la piel, esqueleto y órganos de un feto de siete

meses, de manera que sus tejidos no han tenido el tiempo suficiente para madurar, y

por lo tanto, no esta listo aun para completar un cambio en su medio ambiente; es

posible que los mecanismos adaptivos del cuerpo humano, sobrepasen las dificultades

y poder así adquirir el equilibrio necesario para adaptarse a la vida; pero aun así

existirá una condición de peligro antes de alcanzar esta condición de equilibrio; ya que

aún cuando un infante prematuro puede reaccionar con un extraordinario éxito a este

nuevo ambiente externo, puede existir el riesgo de haber una recaída y originar la

muerte.

Es por esto que ios infantes prematuros Gecesitan el uso de equipos de monitoreo y

soporte que sustituyan de alguna forma el medio ambiente que tenían cuando se

encontraban en el útero materno.

Independientemente de los cuidados que necesita un infante prematuro tales como una

alimentación adecuada, etc., también necesitan un medio ambiente que los mantenga a

una temperatura y humedad constantes, de manera que conforme pasa el tiempo el

RI\,'ERO. SOLÍS. 1

neonato prematuro debe ir evolucionando y aprendiendo a regular su temperatura para

adaptarse al nuevo ambiente externo.

En las localidades de las poblaciones alejadas, un elevado número de niños recién

nacidos con problemas de salud muere, por carencia de equipos médicos básicos en

los hospitales, principalmente por falta de incubadoras.

La incubadora es la herramienta principal para la atención de neonatos con problemas

graves de salud, cuya función es brindar al niño recién nacido un ambiente similar al

vientre materno, lo que significa una temperatura cercana a la corporal, suficiente

humedad, oxigenación y esterilidad.

Teóricamente, una incubadora perfecta debería contener una solución salina en vez de

aire caliente, manteniendo al infante suspendido en esta solución; imitando mas de

cerca el interior uterino. Sin embargo, esto es imposible de crear, de tal manera que

debemos conformarnos con una atmósfera en vez de una hidrosfera; pero lo mas

importante es que este tipo de ambiente previene el riesgo de que el infante caiga en

un estado de hipotermia. [ ' I

Pero no solo los infantes prematuros necesitan de LP aparato que los ayude a regular

su temperatura, también los infantes que han nacido en condiciones normales, pueden

requerir del uso de las incubadoras, sobre todo cuando las condiciones ambientales

son muy frías, tal y como sucede en las partes altas como son las sierras, o en lugares

que se encuentran alejados de las grandes ciudades en donde se puede tener mayores

cuidados; ya que de esta manera se va acondicionando al neonato a vivir a la

temperatura externa o medio ambiente de forma gradual.

FUVERO. SOLÍS. 2

Esta realidad es la motivación que nos compromete a desarrollar un prototipo de

incubadora con tecnología nacional, que permita reducir los costos de fabricación y

ahorrar divisas por gastos de importación.

Para cump!ir en forma apropiada con el objetivo de proporcionar artificialmente dichas

condiciones ambientales al recién nacido, una incubadora debe estar conformada por

dos sistemas que interactúen entre sí, un sistema mecánico robusto y funcional, que en

conjunto con un sistema electrónico inteligente y confiable, permitan controlar todas las

actividades que debe realizar la incubadora del modo más eficiente posible.

RWERO. SOLÍS. 3

Capítulo 2

2 INTRODUCCION

Uno de los problemas más serios en la practica obstétrica, es el cuidado adecuado del

infante prematuro en sus primeras semanas de vida.[*]

De manera que en ausencia de cuartos especiales de cuidados para neonatos, el uso

de una incubadora puede ser una mejor opción para su cuidado.

Los principales requisitos para este tipo de aparatos son:

2.1 Limpieza. El aparato debe ser construido de manera que sea fácil de limpiar para mantener un

grado de asepsia óptimo, con el fin de que no se desarrollen microorganismos que

puedan atacar al infante, sobre todo en infantes prematuros, que son los que ofrecen

una mayor vulnerabilidad contra los ataques de microorganismos.

2.2 Seguridad y simplicidad en su manejo

Es decir que no provoque riesgos al infante y al operador del equipo tales como son un

calentamiento excesivo que pudiera provocar una deshidratación al infante o que

pueda provocar quemaduras a ambos; que tenga una adecuada circulación de aire

fresco (ventilación), además de poder usarse sin tener un entrenamiento muy

especializado sobre el funcionamiento uso y servicio de estos aparatos.

Ventilación y oxigenación adecuada

RIVERO. SOLÍS. 4

TERt {ORREG GLcl CION iVEONA T.4 L Se necesita una ventilación y oxigenación adecuada de manera que el flujo de aire no

se estanque, con lo que aumentaría la temperatura y por lo tanto podría provocar una

deshidratación del infante, además dependiendo de la prescripción medica, se le

administra oxígeno al microambiente; el equipo debe contar con una entrada y

señalización adecuados para el suministro de oxígeno, de manera que no constituya

un riesgo.

2.3 Una fácil y exacta regulación de la temperatura

Este es el punto mas importante que debe tener una incubadora, ya que el equipo debe

ser capaz de regular la temperatura interna del microambiente con una mínima

variación, de manera que al infante no se le ponga en riesgo por cambios bruscos de

temperatura. Además, el sistema de control para un equipo sencillo debe contar con

elementos que no sean costosos pero que al mismo tiempo, sean fáciles de conseguir

en el mercado para su mantenimiento y su buen uso. Un equipo que sea simple y

barato en su construcción, se vuelve una herramienta indispensable para cualquier

hospital pequeño que no tenga la infraestructura económica necesaria o mínima para

adquirir equipos más caros y sofisticados.

Las partes principales que componen una incubadora sencilla se muestran en la figura

1 .

RIVERO. SQLIS. 5

TERMORREGlJLACION NEONATAL

PARTES Y CONTROLES

1 _- CAPACETE 2.- ENTRADA PARA BASCULA PESA BEBE 3.- ACCESOS TIPO ARO IRIS 4.- MANGAS 5.- PUERTA DE SERVICIO 6.- COLCHON 7.- CHAROLA PORTA COLCHON 8.- PLATAFORMA PRINCIPAL 9.- BISAGRAS CAPACETE DERECHA CON

SEGURO - IZQUIERDA SIN SEGURO 10.- MANIJA CAPACETE 11 .- MANIJAS DE POSICIONES

12.- CUERPO DE INCUBADORA 13.- PERILLA PARA CONTROL DE

HUMEDAD 14.- NIVEL DE AGUA 15.- MODULO DE CONTROL 16.- PORTA FILTRO DE AIRE Y OXIGENO

EN LA PARTE POSTERIOR 17.- GABINETE PORTA INCUBADORA 18.- PUERTAS DE GABINETE 19.- RUEDAS SIN FRENO 20.- RUEDAS CON FRENO

vT"4í" I

' I

Figura 1. Partes y controles principales de una incubadora.

RIVERO. SOLÍS. 6

Capítulo 3

3 JUSTlFlCAClON

El propósito de crear un módulo de control que sea barato y fácil de operar nace de la

necesidad que tienen las clínicas que se encuentran en áreas poco accesibles y por lo

tanto donde las innovaciones tecnológicas no son muy frecuentes, además de las

clínicas que cuentan con escasos recursos económicos para poder adquirir equipos

que sean demasiado sofisticados y que por lo tanto lleva aunado a ello un costo en la

necesidad de contar con un especialista que de cursos acerca del manejo del aparato,

además del costo que implica el conseguir las refacciones en caso de realizar el

servicio de mantenimiento correctivo; ya que si se trata de equipo muy sofisticado y

sobre todo equipo importado, las refacciones se elevan y el tiempo que tardan en poder

llegar se incrementa, aparte de que debe contratarse a personal calificado para brindar

un adecuado servicio; lo que redunda principalmente en dos factores que son: tiempo y

dinero.

En cuanto a la cuestión económica sabemos que las clínicas que no se encuentran tan

cerca de !as grandes ciudades obviamente no tienen todos los recursos a la mano.

Respecto al tiempo, sabemos que es un factor de mayor importancia, pues un aparato

que no se encuentra disponible debido a que está en reparación o a que para conseguir

los componentes en el mercado es difícil o son muy caros, trae como consecuencia

que en una emergencia el infante pueda morir.

Debido a esto, realizamos una propuesta de incubadora simple, pero funcional y

confiable, en donde los componentes son fáciles de adquirir en el mercado sin

necesidad de realizar importaciones y cuyo servicio no es tan largo ni difícil de realizar.

RIVERO. SOLÍS. 7

3.1 OB J ETlVO

0 El objetivo del presente trabajo es brindar una contribución tecnológica básica,

desarrollando un módulo de control electrónico para incubadora, mediante tecnología

comercia¡ en nuestro País.

3.2 HIP~TESIS

Mediante la implementación de tecnología comercial, se desarrollará un módulo de

control electrónico para incubadora que permitirá la termorregulación neonatal,

contando con la protección mínima para el neonato.

RIVERO. SOLIS. 8

3.3

1

1

1

2

1

1

1

1

1

MATERIAL Placa de cobre

Convertidor analógico digital para displays a 3 % dígitos

Displays de 7 segmentos

Sensores de temperatura

Resistencias variables

Circuitos amplificadores operacionales

Material electrónico diverso

Calefactor

Motor

Turbina

Elementos de soporte y conexión

Cámara de acrílico

Manuales diversos de circuitos y componentes electrónicos

PC

Programa de simulación workbench

RIVERO. SOLÍS. 9

TER1 IORREGtiLACIÓN NEON1 íY L

Capítulo 4

4 MARCO TEORICO

4.1 GENERALIDADES El panel de control de la incubadora le permite al usuario seleccionar la temperatura a

la cual se desea tener dentro del microambiente. Cuenta también con alarma visual y

audible de alta temperatura, lo que garantiza una adecuada vigilancia al neonato;

además a la temperatura de 38 "C el calefactor interrumpe su funcionamiento, con lo

que se garantiza aún más una protección contra sobretemperatura .

4.2 FUNCIONAMIENTO DEL MODULO DE CONTROL Para el funcionamiento del equipo, este cuenta con un interruptor de

apagado/encendido, situado en el módulo de control; al activarse en la posición de

encendido, se enciende a su vez el indicador de color amarillo (LED) que indica

ACTIVADO.

Para la generación de temperatura, el calefactor funciona por medio de comparadores

de voltaje. es decrr. el sensor de temperatura se encarga de convertir la temperatura

sensada a un voltaje determinado, con lo que por medio de un voltaje de referencia se

comparan entre sí para determinar si el calefactor interrumpe su funcionamiento o

continúa calentando. Es importante aclarar que el elemento calefactor no es

realimentado con la temperatura del neonato.

Para la selección de la temperatura se gira la perilla que se encuentra situada en el

panel de control, seleccionando el valor de temperatura al cual desea mantener el

microambiente. Para verificar que el calefactor se encuentra en su estado activo, debe

mantenerse encendido en el mismo panel frontal el indicador verde (LED); si éste se

RIVERO. SOLIS. 10

encuentra apagado, es signo de que el calefactor no se encuentra activo y por lo tanto

no se está generando calor para el microambiente.

Si por otro motivo dentro del microambiente existiera una condición de alta

temperatura, es decir, que se sobrepase de 39 "C debe escucharse la alarma audible,

y debe encenderse el indicador rojo (LED) esto nos indica que debe corregirse la

condición de alta temperatura para evitar daño al neonato.

El módulo de contra1 está formado por ; un gabinete desmontable en el cual se encuentran :

1 .- DOS MANIJAS 2.- CUATRO PERILLAS DE SUJECION 3.- CABLE DE ALIMENTACION 4.- FUSIBLE 3 AMPERS 5.- INTERRUPTOR GENERAL 6.- INDICADOR VISUAL DE ENCENDIDO 7.- PERILLA PARA SELECCION DE TEMPERATURA 8.- INDICADOR VISUAL DE

CALEFACTOR FUNCIO

9.- INDICADOR VISUAL DE ALARMA 10.- TERMOMETRO DIGITAL 11 .- SENSOR DE TEMPERATURA

PARA CONTROL 12.- VENTILADOR 13.- SENSOR DE TEMPERATURA

PARA ALARMA 14.- RESISTENCIA CALEFACTORA

! .L. _. ',-A ,",. . .* . d.. 'L -.'.- , .,U ., .

Partes del m6dulo de control PARTE POSTERIOR

Figura 2. Módulo de control

"

RLVERO, SOLÍS. -~

12

Capítulo 5

5 NORMA OFICIAL MEXICANA

La principal responsabilidad del desarrollo de equipo, en este caso de un prototipo de

módulo de control para incubadora, es cumplir con las normas establecidas por el País

de origen (México). Lo anterior nos lleva a revisar la Norma Oficial Mexicana NOM-066-

SSAI-1993. Esta norma establece las especificaciones sanitarias de las incubadoras

para recién nacidos.

El objetivo de esta Norma es establecer los requisitos mínimos de seguridad y

funcionamiento que deben cumplir las incubadoras de cuidados generales para recién

nacidos prematuros, las cuales son impulsadas eléctricamente para asistir al bebé en el

mantenimiento de su balance térmico controlando las condiciones adecuadas de

temperatura, humedad y aislamiento del medio ambiente exterior.

Sin embargo, como la Norma establece los requisitos para una incubadora, únicamente

se tomaron los puntos o apartados correspondientes al correcto funcionamiento

electrónico de dicha incubadora. Estos apartados fueron analizados y cubiertos, casi en

su totalidad. por el prototipo aquí presentado.

Los puntos que no fueron cubiertos son aquellos en los cuales se requiere del equipo

completo para verificar su correcto funcionamiento o bien requieren de ajustes en el

diseño.

Para establecer de forma correcta la relación entre las especificaciones y el circuito, se

realizó una selección de ellas, marcandolas como subincisos de este capítulo, y se

estableció la forma de operación del circuito o bien se indican las pruebas necesarias

para su correcto funcionamiento.

5.1 Definición de Incubadora. Aparato provisto de una cámara aislada que mantiene a una temperatura constante en

atmósfera controlada a un recién nacido prematuro para continuar su desarrollo normal.

Este equipo electromédico diseñado para contener un bebé tiene secciones

transparentes que permiten observarlo.

Incubadora para Cuidados Generales de Recién Nacidos: Incubadora en que se

controla la temperatura del aire del compartimiento del recién nacido.

5.2 Temperatura de la incubadora. Es la temperatura medida en el aire dentro de la incubadora en un puntó central 1 O cm

arriba del centro de la superficie del colchón, en el compartimiento del recién nacido.

*Se toma como referencia el rango de 28°C a 38"C, estos datos se relacionaron con el

voltaje medido en el circuito, tomando como parámetro una relación lineal entre la

temperatura y el voltaje (2.8 V a 3.8V).

5.3 Temperatura promedio. Es el valor promedio de las lecturas de temperatura máxima y mínima efectuadas en un

punto especificado dentro del compartimiento del recién nacido logrado en una

condición de temperatura estable.

Una vez que se tenga el módulo en funcionamiento se debe meter a la cámara

permitiendo que la temperatura en el interior de la misma permanezca estable en un

tiempo determinado (aproximadamente 48 hrs), esto con una vigilancia continua y

registros de la temperatura en intervalos regulares, se propone un registro cada hora.

"

RIbERO. SOLIS. ~

14

5.4 Temperatura de equilibrio. Es la temperatura promedio alcanzada cuando la temperatura varía no en más de

0.2OC en una hora.

*Esta prueba se debe realizar dentro de la cámara, sin embargo el circuito en un

ambiente cerrado y sin variaciones de corriente no varía más de 0.2"C.

5.5 Condici6n de temperatura estable. La condición alcanzada cuando la temperatura en el compartimiento del bebé no varía

más de 1 K (1 OC) en el periodo de una hora y la temperatura promedio no varía más de

0.2K (0.2OC) durante este periodo.

*Prueba no realizada, debido a la falta de cámara.

5.6 Variabilidad de la temperatura. Son los cambios registrados en la temperatura de la incubadora durante una hora,

después que se ha alcanzado la temperatura de equilibrio.

*Prueba no realizada. debido a la falta de cámara.

5.7 Temperatura de control. Es la seleccionada en el control de temperatura.

Esta temperatura es la que ncs marca el seiectw de temperatura y que se encuentra

linealizada

5.8 Temperatura de la incubadora. Temperatura en un punto dentro de la incubadora, a 10 cm por arriba del centro de la

superficie del colchón.

RIVERO. SOLÍS. -

15

5.9 Símbolos y abreviaturas.

NOM Norma Oficial Mexicana

SI Sistema Internacional de Unidades de Medida

VCA Volts de Corriente Alterna

NIE Clasificación de materiales aislantes

CA Corriente alterna

cc Corriente continua

DBA Decibeles con una curva de ponderación “A”

Una vez que el prototipo se desarrolla para producción se deben utilizar los símbolos y

abreviaturas antes mencionadas.

5.1 O Especificaciones Las incubadoras deben tener un sistema de acondicionamiento ambiental con cámara

aislada que debe reducir la pérdida y ganancia de calor por radiación, aminorar la

penetración de ruidos, humedad controlada, concentraciones controladas de oxígeno,

con alarmas visuales y audibles conectadas a los sensores especificos que señalan

alteraciones en los rangos establecidos.

5.1 1 Condiciones ambientales de operación.

Temperatura: 293 K a 305 K (2OOC a El rango de temperatura del módulo es de

32OC) 28°C a 38°C.

Humedad relativa: 60% f 20%

Presión barométrica: 75.4 kPa a 100.1 kPa (580 mmHg a 770

mmHg).

Velocidad del aire: 10 a 15 cm/seg. Se maneja un motor de 1500 RPM, el cual

entra en el rango requerido. Para mayor

seguridad se requiere una prueba fisica en

el interior de la incubadora utilizando un

anemómetro.

5.12 Tensión de alimentación. Debe trabajar a 127 volts k 10% de tolerancia a 60 hertz.

*Este rango se cumple en su totalidad.

5.3 3 Materiales. Los materiales deben ser resistentes y no sufrir deformaciones que afecten el

funcionamiento de la incubadora bajo condiciones normales de operación. No se

admite fuente radiante a excepción de la lámpara de fototerapia.

Se debe evitar emplear materiales inflamables en la construcción del equipo.

.~

RIVERO. SOLÍS. ~

17

Los materiales metálicos deben estar protegidos contra la corrosión. Todas las

superficies en el compartimento del recién nacido, ductos, unidad humidificadora y

otros componentes del sistema de circulación del aire, deben ser fácilmente accesibles

a la limpieza y desinfección.

*Se utilizan materiales como el aluminio o bien metales con recubrimiento y aislantes.

5.14 Chasis (módulo de control). Debe estar integrado a la caja mayor y contener los elementos de control de la

incubadora. Debe estar protegido contra daños y otros riesgos de trabajo

El módulo de control deberá removerse por medio de un sistema que permita el

aseguramiento óptimo al chasis principal.

*El módulo se ajusta mecánicamente al equipo, por medio de perillas

5.1 5 Características térmicas.

Temperatura de El control de temperatura de la El rango se maneja

equilibrio incubadora debe lograr este entre 27°C y 37°C.

equilibrio desde 296.15 K

(23OC) y no más de 31 0.1 5 K

(37OC).

Sobregiro de la Debe alcanzar un máximo de El equipo se alarma a

máxima temperatura 312.15 K (39OC) , por medio de 39°C interrumpiendo

de control. una acción especial del el funcionamiento del

operador sobre el dispositivo de calefactor.

ajuste de temperatura. Este

modo de operación debe ser

indicado con una luz de

advertencia u otra señal

fácilmente reconocible o

combinado con una indicación

relevante para este sobregiro

de temperatura.

Exactitud de la k 0.3 K (OC) temperatura indicada,

K ("C).

Se tiene f 0.2 OC

Correlación entre la k 0.7 K (+ 0.7OC)

temperatura indicada y

la temperaiura de

control, K (OC).

Temperatura de las 31 3.15 K (4OOC) máximo

superficies que están

en contacto con el

recién nacido, K (OC).

Temperatura de las 31 3.15 K (4OOC) máximo

superficies accesibles

al recién nacido (en

condiciones normales

de operación o cuando

cesa la circulación de

aire o el control

principal de

temperatura falla). K

("C)

En superficies 31 3.15 K (4OOC) máximo

metálicas.

No se realizó la

prueba.

Se reqiere la cámara.

Se reqiere la cámara.

Se requiere la

cámara.

-~ - RIVERO. SOLIS. LO

En superficies no 316.15 K (43OC) máximo

metálicas.

Temperatura de las 31 3.15 K (4OOC) máximo

superficies accesibles

al operador durante la

operación normal de la

incubadora, K ( O C ) .

En superficies 333.15 K (60.15OC) máximo

metálicas de alta

conductividad térmica.

En superficies de 343.15 K (7OOC) máximo.

plástico de baja

conductividad térmica

o de madera.

Se requiere la

cámara.

Se requiere la

cámara.

El calefactor alcanza

una temperatura

máxima de 60°C.

Se requiere la

cámara.

RtVERO. SOL&. 21

5.16 Alarmas e indicadores

Termostato o dispositivo La incubadora debe disponer El corte de la energía

electrónico de control para de un dispositivo que active se tiene a 38°C y la

el rango de temperatura de una alarma de alta activación de la alarma

control hasta 310.15 K temperatura y corte la energía es a 39°C. (37OC). en el calefactor, cuando la

temperatura de la incubadora

sea igual o mayor de 31 1.15 K

(38OC).

Termostato o dispositivo La incubadora debe disponer La activación de la

electrónico de control para de un dispositivo que active alarma es 39OC. el rango del sobregiro en una alarma de alta

la máxima temperatura de temperatura y corte la energía

control, hasta 312.15 K en el calefactor, cuando la

(39OC). temperatura de la incubadora

sea igual o mayor de 31 3.1 5 K

(4OOC).

Dispositivo de protección El termostato de alta No se tiene

contra desajustes temperatura debe disponer de

accidentales en un dispositivo que prevenga termostatos o dispositivo cambios accidentales del

electrónico de control con ajuste interno! durante el

ajuste interno. mantenimiento preventivo o el

servicio del equipo.

RIVERO. SOLIS. 22

5.16 Continuación .....

Dispositivo para verificar la

integridad de los sensores

de las alarmas de alta

temperatura.

Alarma para falla en la

circulación del aire.

Lapso en que la alarma

para falla en la circulación

del aire entra en

funcionamiento: en tres

minutos.

Indicador de temperatura

de la incubadora.

El equipo debe disponer de

este dispositivo, que debe

operar durante el uso normal,

sin necesidad de interrumpir

la terapia.

El equipo debe disponer de

una alarma audible y visual.

Debe ser especificado por el

fabricante.

El equipo debe disponer de un

indicador independiente de

cualquier dispositivo de

control. La temperatura

indicada debe ser claramente

visible y legible, sin tener que

abrir el compartimiento del

recién nacido. La indicación

puede ser continua,

intermitente o activada por el

usuario.

No se tiene.

Se utiliza la alarma de

alta temperatura.

La alarma entra en

funcionamiento cuando

registra una alta

temperatura.

El indicador es visual

(LED) y cambia de

intensidad.

RIVERO. SOLÍS 23

En el compartimiento del recién nacido, en No debe ser mayor de 60 DBA

condiciones normales de operación.

En el compartimiento del recién nacido, con todas No debe ser mayor de 80 DBA.

las alarmas activadas.

En el exterior de la incubadora a 3 m de distancia a No debe ser mayor de 65 DBA.

una altura de 1.8 m, con cada una de las alarmas

activadas.

Para los apartados anteriores se maneja un buzzer con las siguientes características

FRECUENCIA NIVEL DE CONSUMO DE VOLTAJE DE

MOD.

SONIDO MIN. MAX. A IZVCD VCD kHz TONO PRESION DEL CORRIENTE OPERACIóN OSCILATORIA

MIN. mA 30 cm/lSVCDdB

BGD3 Constante 95 3 - 28 3.5 2 0.5 ' O I

5iD 1 + lento 1.2 !

1 !

j j Hz F 20% I

CONEXION

ES

Cables

~~ ~~~

Temperatura de operación:

-20 - + 60 "C !

BGD3LCID

RIVERO. SOLÍS. ".

21

Se observa que el buzzer utilizado maneja 95 dB, sin embargo este buzzer debe

atravesar varias paredes antes de llegar al neonato, lo cual disminuye los dB hasta en .

un 35%, obteniendo con ello menos de los 60 dB que marca la Norma,

5.18 Características eléctricas

Límites de corriente de

riesgo.

Dispositivo de protección

contra sobrecorriente.

Interruptor de energía

eléctrica.

Cable de alimentación

Tipo de ciavija del cable de

airmentaci6n.

Requisitos generales de

seguridad eléctrica.

Debe satisfacer la prueba NOM J-137-1971,

Debe tener

Debe interrumpir simultáneamente el paso de energía

en los cables de vivo y neutro.

De una longitud mínima de 3 m. Debe ser del calibre

y tipo que cumpla lo especificado en las normas de

referencia para los requerimientos eléctricos de la

incubadora.

La clavija debe ser de grado hospitalario y

necesariarnecte ;cvWcra tres terminales. El vivo, el

neutro y el tercero trerra física.

A menos que se especifique otra cosa, la NOM-J-5-

1981 incubadora debe cumplir con los requisitos

apllcables indicados en la norma de referencia.

RIVERO. SOLÍS 25

5.18 Continuación .....

Seguro de alivio del cable Debe evitar que los esfuerzos mecánicos sobre el

de alimentación. cable de alimentación, tales como jalón o tirón se

transmitan al cableado interno o las terminales de

conexión. Además debe cumplir lo especificado en la

norma de referencia NOM J-195-1980.

Indicador

eléctrica.

Voltaje de

nominal, vca

de energía Debe disponer de un indicador visual que señale que

la incubadora está funcionando al accionar el

interruptor general.

alimentación Debe ser 127 vca k 10%. El equipo debe funcionar

dentro de especificaciones en este rango.

Daños al equipo debido a Para variaciones del voltaje entre 95 vca y 140 vca, el

variaciones en el voltaje de equipo no debe sufrir daños.

alimentación.

Rigidez dieléctrica.

Impedancia a tierra.

Los aislamientos y espaciamientos eléctricos deben

soportar sir: d a b ia aplicación por un minuto de 1000

vca más dos ~ec23s e¡ máximo voltaje de operación o

por 1 segundo, ¡a aplicación de 1200 vca más 2.4

veces el vo!taje nominal de operación.

Debe satisfacer las pruebas.

RIVERO. SOL&. 26

Capítulo 6

6 METODOLOGíA

El proyecto propuesto que aquí exponemos se encuentra organizado en cuatro etapas

las cuales son:

ETAPA 1 Diseño del circuito para seleccionar la temperatura de operación de la incubadora así como sensor la temperatura ambiente.

ETAPA 2 diseño de la alarma de alta temperatura, así como la habilitación del elemento

calefactor para generar calor

ETAPA 3 Diseño de la fuente de alimentación para energizar a todo el sistema

ETAPA 4 Acoplamiento de todas las etapas anteriores

6.1 ETAPA 1

En esta primera etapa se requiere habilitar el calefactor cuando el selector de

temperatura marque una temperatura mayor a la detectada por el sensor de

temperatura.

La figura 3 nos muestra en un diagrama a bloques !a secuencia que debe llevar el

diseño del circuito.

comparador del calefactor I " - - - - - '

I temperatura

Figura 3. Diagrama a bloques de la etapa 1.

El primer bloque indica un sensor de temperatura, el cual deberá tener una relación de

10 mV por grado (sería lo ideal). El sensor se conecta a un compensador de offset, ya

sea negativo o positivo, para realizar la corrección necesaria sobre el sensor. La salida

del compensador entra a una terminal del comparador. Por otro lado, la otra entrada del

comparador es la que proviene del selector de temperatura, que debe tener un rango

de 27 a 37 "C (en voltaje sería de 0.27 a 0.37 Volts). En caso de que el comparador

detecte que ambas entradas son diferentes el calefactor seguirá activado, una vez que

estas ectradas sean iguales el calefactor se desactmrá.

Se eiigló ei sensor de temperatura de la serie lM35 debido a sus características como

son:

Salida de voltaje lineal en la escaia de grados Celsius

No requiere calibración externa.

Se puede alimentar con una sola fuente, o bien puede utilizar fuente dual.

RIVERO. SOLIS. 28

Factor lineal de +10.0 mV. / "C.

Bajo costo.

Exactitud garantizada de 0.5 "C a temperatura ambiente.

6.1.1 Análisis de la etapa 1

El sensor se conecta a un compensador de offset, de manera que se puede variar el

nivel de offset según nuestras necesidades; sobre todo para ajustar la lectura que se

visualizará en el display, la cual debe ser similar a la registrada por el sensor. La señal

de salida de este compensador entra a una terminal de un amplificador sumador cuyo

nivel de ganancia es de diez, con el fin de enviarse a un circuito comparador de voltaje,

el cual se encargará de habilitar o deshabilitar a un circuito Triac que generará el

disparo de energía para el calefactor. Por otra parte, la señal que nos entrega la salida

de este amplificador, se envía de manera inmediata al bloque que manejará el

despliegue.

RILYERO. SOLÍS. ". . . - "

29

"I& KL7107

mo,.. . &-o* Iral

TO 4*aLCU

FULL =*LE U W ~ mRIT

1QI OmV 1- mv

CIRCUITO DE OPERACIóN TlPlCO DEL 7107

Figura 4. Configuración del C.I. 7107.

El despliegue lo realizamos utilizando como plataforma el circuito integrado ICL7107

(figura 4), el cual es un manejador de despliegues (display drivers), cuyas

características entre otras tenemos las siguientes:

Contiene un convertidor analógico-digital

No requiere de componentes externos para la interfase con los displays

Gran exactitud

Aún así, la entrada antes del driver está amplificada. pero como se dijo anteriormente,

esta sólo sirve para utilizarse en el comparador. de manera que en la entrada del driver,

la señal debe atenuarse en un factor de diez, esto I C hacemos por medio de un divisor

de voltaje según las hojas de especificaciones; de tal manera que a la salida, el circuito

por sí solo desplegará en los indicadores Ics números correspondientes.

RIVERO. SOLIS. -3 o

TER1IORREG C% 1 CI6;V .VEO:L:-17: 1 L Ahora bien, en la otra entrada del circuito comparador, tendremos la señal de control, la

cual corresponde al nivel de voltaje equivalente a la temperatura de control que

deseamos seleccionar.

Esta temperatura de control, la obtenemos mediante un simple divisor de voltaje por

medio de arreglos de resistencias para obtener un voltaje fijo. Este voltaje se acopla al

comparador por medio de un buffer.

Cabe mencionar que para la etapa anteriormente descrita utilizamos para los amplificadores y comparador un circuito integrado, el LM324, esto debido a que el

circuito integrado viene en una presentación de cuatro amplificadores operacionales,

con lo que nos ahorramos espacio y mayor cantidad de componentes, además por las

características descritas en sus hojas de especificaciones, las cuales pueden revisarse

en los anexos del presente reporte.

Ahora, en el circuito comparador tendremos en la entrada inversora la señal

proveniente del amplificador y en la entrada no inversora la señal de control, de tal

manera que cuando la señal proveniente del sensor es mayor a la del circuito de

control, el amplificador va a saturación negativa, lo contrario ocurre cuando la señal de

control es mayor que la del sensor; así, el amplificador se encontrará en saturación

positiva.

Así pues, la salida del comparador. se aplicars a la entrada de un circuito

optoacoplador. esto se logra colocando un circuito llamado de prueba según las hojas

de especificaciones (ver anexos).

De tal manera que se permite acoplar los circuitos que utilizan voltaje directo con el

voltaje de la línea; es decir sirven de interfase para poder conectar el elemento

generador de radiación (resistencia eléctrica).

TER\lORREGl.Z4 CI¡j.l' :VEO.C:-I TIL

A continuación se describen los cálculos más relevantes para la elaboración de la

presente etapa.

Para obtener un voltaje adecuado, se requiere de un amplificador

La selección del rengo de temperatura es de 28" C (límite inferior) a 38°C (límite

superior), escalando estos valores a voltaje se requieren 0.28 V a 0.38 V. Se utiliza un

amplificador de 1 :I O, obteniendo una salida de 2.8 V a 3.8 V.

Considerando un amplificador operacional ideal, se utiliza un amplificador-inversor

Figura 5. Amplificador Inversor.

La relación de este circuito es

v2 = o v* = VI o

Is = vs y If= vo

2 Rs Rf

"""""""""""""""~ (1 )

"""""""""""""""~ (2)

si If + I, = I , , I1 = o Y i f = - / , ""-""""""""""""" (3)

Para obtener el límite inferior (28"C), utilizamos la relación (2) y (3) de la cual

obtenemos

- vs = vo

Rs Rf

"

Despejamos Rr y tomamos Vs, = 0.28 V y Vo = 2.8 VI fijando Rs = 100 kR y. La

relación obtenida es

Rf = Vo Rs "

v s

Sustituyendo valores

Rfi = 2.8V (I00 ki2) = (10)(100 kR) = 1000 kR = 1 MR

0.28 V

Para obtener el límite superior (38°C); utilizamos la misma relación y sustituimos

valores

Rf, = 3 . 8 V (100 kR) = ( I O ) (I00 kf2) = 1000 kf2 = 1 M a

0.38 V

Ambos resultados obtenidos para Rf nos indican que la relación es lineal.

RiVERO. SOLIS. 3 3

TER.\ /ORREG 1 :LI c-~d.~. L v ~ o x ~ ~ . - l L

6.1.2 Selector de temperatura

Para el selector de temperatura se utiliza un divisor de voltaje con un valor fijo de

voltaje como referencia.

L e I v2

La relación del circuito anterior es

v2 = & vs

RI

Para el límite inferior

V2 = 2.8 V, despejando R2 y fijando el valor de RI = 18 kt2

3 2 Ri = 2.8 V (18 kn) = (0.56) (18 kR) = 10.08 kR

V S 5.0 V

Para el límite superior

V2 = 3.8 VI despejando R2 y fijando el valor de RI = 18 kR

R:! = l/a Rq = 3.8 V (18 kn) = (0.76) (18 k n ) = 13.68 kt2

vs 5.0 V

Por lo tanto, por los valores obtenidos se requiere de un trimpot de 20 kt2

Para realizar el ajuste exacto se utilizan dos divisores de voltaje uno para el límite

inferior y superior, realizando el ajuste como parte de la calibración y determinando el

rango de 2.8 V a 3.8 V.

Superior PI E- RI

- v

RI p3 r - W

8'4 Inferior

Figura 6. Selector de temperatura.

Dividiendo el anterior clrcuito en dos partes. inferior y stiperior! tenemos un circuito de

la siguiente forma

R1 V-E RO. SOL I S. " ~ _ _ _

3 3

Considerando que PI = P2 = 20 k!3

Si en PI hay 2.8 V y en P2 hay 3.8 V, entonces

PI = 10.08 kR y P2= 13.68 k 0 ; Vi = 2.8 V y Vs = 3.8 V

Calculando P3 para limite inferior, tenemos que

P3 =x (RI + PI)

vs

Sustituyendo valores

P3 = 2.844 (18 kQ + 10.08 kR) = (0.56)(28.08 kQ) = 15.72 kR

5.0 SC

Calculando P3 para limite superior, tenemos que

P3 =x (RI + P I )

us

KIVERO. SOLIS. 36

Sustituyendo valores

P3 = 3.8 V ( I 8 kQ + 13.68 kR) = (0.76)(31.68 kQ) = 24.08 kR

5.0 V

De acuerdo a los valores obtenidos se requiere de un trimpot de 50 kR para seleccionar

la temperatura. La salida del amplificador-inversor y de P3 entran al comparador y en el

momento en que sean iguales se desactiva el calefactor.

6.2 ETAPA 2 Esta etapa, consiste en elaborar un circuito que genere la señal de habilitación de la

alarma, para esto utilizamos el circuito integrado LM358, cuyas características se

pueden ver en los anexos.

La cámara de calentamiento contiene una resistencia eléctrica, la cual calienta el flujo

de aire por convección forzada a través de un ventilador impulsado por un motor

eléctrico. La ausencia de flujo puede deberse a diferentes causas: obstrucción de la

trayectoria de entrada de aire a la cámara,. obstrucción de la trayectoria de salida de

aire a la cámara y falla en el motor que impulsa el ventilador. Los efectos de la falla se

manifiestan en dos formas: calentamiento de !a cámara o sobretemperatura y

disr,inuclón de presién y velocidad en el fiup Ge alre El sistema desarrollado cltiliza un

sensor de temperatura para !a detección de la falla a través del incremento de

temperatura en la cámara.

Esta etapa debe habilitar la alarma cuando el sensor de respaldo detecte una

sobretemperatura (mayor o igual a 39°C).

____ FUVERO. SOLIS. 37

La figura 7 nos muestra en un diagrama a bloques la secuencia que debe llevar el

diseño del circuito. El primer bloque indica un sensor de temperatura, el cual debería

tener una relación de 10 mV por grado (sería lo ideal). El sensor se conecta a un

amplificador, esto se debe a que el voltaje obtenido es del orden de milivolts, con esta

amplificación se obtienen valores del orden de volts (no mayores a 5 volts). La salida

del amplificador entra a una terminal del comparador. Por otro lado, la otra entrada del

comparador es el que proviene de un valor semifijo, que varía en el rango de 39.1 "C a

40°C (en voltaje es de 3.91 a 4.00 volts). Si el comparador detecta que ambas entradas

son iguales entonces se activa el calefactor.

comparador habilitacibn del calefactor

alarma

Figura 7. Diagrama a bloques de la etapa 2

Aquí. utilizaremos el sensor de respaldo, es decir el sensor que se encargará de

monitorear la temperatura, para evitar que el primer sensor debido a un posible daño o

falla, provoque una condición de sobretemperatura. El sensor se encuentra conectado a

un amplificador cuya ganancia es de diez, similar al utilizado en la etapa 1 , debido a

que la salida del sensor es de 1 O mV. / "C, así la salida variará en 1 . O V / "C.

Fijando el valor de R1 a 200 kQ, se obtiene que R2 = 1 MQ

Voltaje de referencia para alarma de alta temperatura

Para este voltaje se utiliza un divisor de voltaje con un valor fijo de voltaje como

referencia.

v2

La relación del circuito anterior es

v2 = & vs

Rt

Para el límite inferior

R:, = 1 Q y fijando el valor de R, = 18 kQ

V, = &VS = IR (8V) = 0.44 V

R1 18kQ

Para el límite superior

R2 = 20 kR y fijando el valor de Rf = 18 kR

V2 =&VS = 20 kR (8V) = 8.88 V

R1 18kR

Por lo tanto, por los valores obtenidos se requiere de un trimpot de 20 kR

Recordando la relación

Vo = R1 + R2

vi R1

Sustituyendo valores

Vo = 200 kQ + 1 MQ (0.39 V) (5) = 1.96 V

200 kC2

El valor obtenid3 ertra dentro del rango

6.3 ETAPA 3 La fuente regulada se desarrollará en base a ¡os requerimientos de los circuitos de las

etapas 1 y 2. Sin embargo. en principio se requiere de 5, +I2 y -12 volts. Para su

construcción se utilizará un transforrrador y componentes electrónicos diversos.

Utilizamos para ello un transformador con derivación central con una entrada de 127

VAC. y una salida de 18 VAC.

Por medio de un circuito puente de diodos rectificamos la señal, posteriormente, con

circuitos integrados reguladores de k 12 V. de corriente directa obtenemos los voltajes

anteriormente mencionados, este voltaje lo utilizaremos para alimentar los circuitos de

amplificación provenientes de los sensores de temperatura, así como circuitos

relacionados en la activación de alarmas, relevador, etc.

Debemos tener también una salida de k 5V. para alimentar al circuito controlador de

despliegue, ya que este tiene tensiones de polarización TTL., esta también la

obtenemos utilizando reguladores de voltaje para ello.

Figura 9. Fuente regulada

Figura 1 O. Configuración del reaulador de voltaje.

- - ______ ".

RIVERO. SOLIS. ""

43

Figura 11. Fuente de alimentación: rectificación de onda completa.

6.4 ETAPA 4

En esta ÚRima etapa se realiza el acoplamiento de las etapas anteriores, anexando el

bloque de despliegue de temperatura.

AI acoplar las etapas 1 y 2 se realiza el ajuste necesario para habilitar el disparo del

calefactor (figura 12-bloque acoplamiento). este ajuste es necesario debido a que la

etapa 1 desact~va e! calefactor y la etapa 2 activa E! csiefador. de tal forma que ambas

quedan en activado Esta habilitación realiza el disparo para la activación del calefactor.

El calefactor continua activado mientras no se cumpla alguna de las sigurentes

condiciones: la temperatura sensada sea menor a la seleccionada y/o la temperatura

sensada sea menor a la indicada en referencia de alarma, en caso de que se llegue a

esta temperatura o sea mayor se activará la alarma de sobretemperatura (visual y

audible). La figura 12 muestra el diagrama a bloques del circuito final.

. ..

sensor conector .. - .

Convertidor AID Despliegue j

I compensacibn I L

de offset comparador . . " . " " . . "

selector de temperatura

I

-1 disparo l - r l habiltacicin disparo a calefactor

calefactor

amplificaci6n -

- comparador -

alarma

I::,q=

r

FIJENTE REGULADA

LÍNEA turbina y motor

Figura 12. Diagrama a bloques del sistema completo "control de incubadora".

RIVERO. SOLIS. 45

l

I

7 RESULTADOS

Los resultados que se obtuvieron en el diseño del control electrónico, fueron los

siguientes:

En la elaboración de la etapa 1, el Único problema que tuvimos fue al implementar el

circuito selector de temperatura, ya que como se había planteado al principio, por medio

de un divisor de voltaje para la selección de temperatura mínima y máxima empleando un

potenciómetro, observamos que la selección de la temperatura no era lineal; es decir, en

los extremos sí encontramos los valores de voltajes correspondientes a una temperatura

mínima y máxima, pero para los valores intermedios, no encontramos una relación lineal,

ya que al medir los voltajes correspondientes a los valores de temperatura calculados, no

correspondían a los voltajes medidos en el multímetro.

De manera que para solucionar nuestro problema, intentamos resolverlo usando un

circuito comercial llamado atenuador de volumen, utilizado para los equipos de audio;

debido a que el circuito contenía un potenciómetro que según el fabricante era lineal en

todo su rango dinámico de operación. El inconveniente de esta opcibn fue que el circuito

anteriormente mencionado resultaba demasiado caro y por 10 tanto se elevaba el costo de

la implementación~ por lo que optamos por diseñar u n circuito divisor de voltaje hecho con

resistencias convencionales que nos generara tiRa sa!:da de voltaje proporcional al voltaje

necesario para desplegarlo en los indicadores. utilizando también un selector a pasos

para seleccionar un valor determinado de voltaje.

Esta opci6n resultó apropiada ya que al verificar 10s voltajes en la salida de dicho divisor,

estos no tenían una variación tal que afectara el funcionamiento de la etapa así como el

despliegue de temperatura observado. Como se observa en la siguiente figura.

l o o O m v 1mDb #

CIRCUITO DE OPERACION TlPlCO DEL 7107

Figura 14. Circuito de operación del 7107.

Para la configuración del circuito driver (ICL 7107), utilizando la hoja de especificaciones

de MAXIM, optamos por tomar el circuito de aplicación típica, con lo cual desplegamos de

manera adecuada la temperatura obtenida a la salida del circuito amplificador que toma la

temperatura del sensor y que podemos visualizar en los indicadores.

Para la elabGracion de la etapa 2, practicamente no obtuvimos problema alguno en su

implementacion. ya I;Ae esta funcionó de ia "aIz;.3-2 271 que ncsoiros esperábamos, el

Único inconveniente que consideramos se debe cziífsxonar, es el desarrollo de un

circuito que seleccione el voltaje necesario para la alarma de alta temperatura; sin perder

de vlsta el hecho de que el diseño debe ser barato pero eficiente. Además al revisar las

NOM: faltaron las implementaciones de algunas alarmas que no se habían contemplado,

pero que no son tan difíciles de implementar.

En cuanto a la habilitación del calefactor, este no tuvo problemas para generar la

activación/desactivación que nos proporcionara la energía necesaria para su

funcionamiento.

La implementación de la etapa 3 fue la más simple, ya que sólo requeríamos una fuente

de alimentación que nos proporcionara los voltajes necesarios para el buen

funcionamiento de los circuitos integrados utilizados en las etapas anteriores además de

que no existieran grandes variaciones al acoplar todas las etapas. Esto lo logramos

utilizando circuitos reguladores de voltaje de k 12 VCD, k 5 VCD, y +8 VCD, suficientes

para energizar todo el circuito entero.

La elección de los componentes se realizó de manera que presentaran la resistencia

suficiente en su aplicación, es decir, que el consumo de energía no afectara en su

funcionamiento ya sea deteriorándolos o bien provocando fallas en los demás elementos.

Por lo general se utilizaron elementos que soportaran cantidades de corriente mayores a

500 mA.

La configuración de la fuente de alimentación se desarrolló de la forma más simple

basándonos en las sugerencias dadas por los fabricantes.

Por iiitirno. la etapa 4. referente al acoplo de todas ias ztapas anteriores, se realizó con

éxito. presentando un poco de problemas sólo en la etapa de despliegue de la

temperatura, esto debido a que la tablilla de experimentación al parecer presentaba

defectos en sus pistas, ya que la información vista en los despliegues era demasiado

parpadeante y poco estable, esta deficiencia se corrigió al momento de pasar la

lmplementación en circuito impreso.

El módulo de control resultante tiene las siguientes características:

Sistema de control

Sistema de alarma

Rango de temperatura

Termómetro

Resolución del termómetro

Voltaje de alimentación

Frecuencia de línea

Potencia de consumo

Consumo de corriente

Electrónico

Audible y visual de alta temperatura

28 "C. a 38 "C.

Con despliegue digital

k0.2 "C.

127 Vac. +1 O %.

60 Hz.

500 VV.

4 A.

Capítulo 8

8 DISCUSION

AI acoplar las etapas, se encontraron ciertos contratiempos, como fueron, el que la salida

de los amplificadores en ocasiones no obteníamos los voltajes esperados, esto no era

debido a que el diseño estuviera mal, sino que en ocasiones al hacer las conexiones en la

tablilla de experimentación, se nos pasaba conectar la alimentación, o bien se

desconectaban algunos cables, de manera que parecía haber errores.

Otros contratiempos fueron al momento de tratar de calibrar el termómetro digital, ya que

al utilizar trimpot, debíamos de encontrar un punto exacto de resistencia para que el valor

visualizado fuera el correcto, quizá en este punto debemos de aplicarnos un poco mas;

además si queremos seguir al pie de la letra las recomendaciones de la Norma Oficial

Mexicana, dista mucho de lo que en realidad tenemos; pues se deben hacer estudios

grandes por ejemplo el nivel de ruido medido dentro de la incubadora, no tenemos la

manera de poder realizarlo, o bien, otro ejemplo de lo que nos faltó, fueron algunas

alarmas de más que quizá por el tiempo o bien por falta de información adecuada, no

pudimos implementar; aunque como nuestro propósito era realizar un módulo sencillo

para termorregulación, no las tomamos en cuenta.

En cuanto a los sensores que utilizamos, funcionan, pero en ocasiones son demasiado

sensibles al menos cuando probamos el circuito al aire libre y no en la cámara, esto

debido quizá a que alrededor del sensor circulaban las corrientes de aire, lo que hacia

que el despliegue en el termómetro digital no se mantuviera constante; para corroborar lo

anterior de manera fácil y rápida, con las manos hicimos una especie de “casa”, de

manera tal que las corrientes de aire no fuesen tan significativas; con esto se observó que

la temperatura en el despliegue se estabilizaba. Por lo que concluimos que dentro de la

cámara el sensor y por lo tanto el termómetro deben comportarse de manera más

estable.

IIlVER( ), SOLIS -

51

Un aspecto más que debe mejorarse es el diseño de la fuente, claro que al comparar

diseños de otros equipos y sobre todo de equipos importados, estos tienen una

infraestructura mucho mejor que la aquí propuesta; esto quizá debido a que para el

desarrollo de tales aparatos, son elaborados por un equipo de profesionales avocados a

problemas demasiado específicos dentro del diseño; pues para poder cumplir con todos

los requisitos de las normas vigentes deben realizarse demasiadas pruebas y por un gran

periodo de tiempo.

Cabe hacer mención que debemos realizar el circuito anteriormente propuesto sobre la

placa de cobre, es decir, realizar su circuito impreso y verificar que realmente hace lo

programado, además de incorporar los requisitos electrónicos que faltaron por cubrir

según la NOM.

Por último, podemos concluir que al menos para fines prácticos el circuito funciona

adecuadamente, ya que cada etapa funciona como lo habíamos esperado; sobre todo en

la parte de habilitación y deshabilitación de la etapa de potencia hacia el elemento

calefactor y en la etapa de alarma de alta temperatura; pues esta se activa en cuanto se

sobrepasa ligeramente el valor límite previamente seleccionado.

Capítulo 9

9 BIBLIOGRAFIA:

1- The Children's Incubator British Medical Journal 2: 1528, Decembre 14". 1895.

2-An Efficient and inexpensive Incubator Herbert Thoms, M. D.

American Journal of Obstetrices and Diseases of Women and Children 78.542-544 191 9

3- Premature Infants Vanderpoel Adriance, M.D. American Journey of Sciences 121 :410-421, 1901

4- The Problem of Premature Infant J. W. Ballantyne, M.D. , et al. British Medical Journal 1: 1 196-1200, May 17, 1902

5- The Sloane Hospital Incubator Edwin B. Cragin, M.D.

JAMA63 (11): 947, Sept. 12 1914

6- An Electric-Heated Water-Jacketed Infant icubator and Bed for Use in the Care of Premature and Poorly Nourished Infants Julius H. Hess. M.D.. Chicago JAMA 64( 13): 1068-9. March 27. 191 5

7- Inctibator"3aby Shows \Nilliam A. Silverman, M.D: Pediatrics 64(2): 127-1 41. August 1979

8- The Warming Crib John Barttlet , M.D. The Chicago Medical Journal and Examiner 54:449-454, May 1887.

9- Norma Oficial Mexicana Que establece las especlficaciones sanitarias de las incubadoras para recién nacidos 25 de Julio de 1995 Diario Oficial

1 O- Manual de Circuitos Integrados Lineales Motorola

11- Manual de transistores de pequeña setial Motorola

12- Manual de transistores de potencia Motorola

13- Manual de sensores de presición National Semicondutor

14- Internet: página web Maxim.com

15- Sistema de control digital para incubadora y monitoreo de temperatura corporal de neonatos. César A. Carranza De la Cruz, Ronald Javier Leiva Coriat