Instrumentación y control electrónico para un respirador mecánico emergente

Abstract

En la presente tesis se desarrolla el diseño de la instrumentación y control electrónico de un respirador emergente de bajo costo. Este proyecto nace a partir de la pandemia del COVID 19, en donde se ve la necesidad de disponer de respiradores emergentes para mitigar problemas de saturación de hospitales de bajos recursos. Se proponen dos soluciones para el control electrónico del respirador, una usando un microcontrolador estándar (Arduino) y otra mediante un sistema en chip (SoC-ESP32). Se caracteriza y se prueba sensores de posición y presión, cumpliendo las especificaciones medicas necesarias para tratar el síndrome de deficiencia respiratoria aguda causado por el COVID. Se evalúan características físicas y electrónicas para diagnosticar los sensores y que estos sean adecuados para el respirador. Se utiliza un control mandatorio por volumen mediante reglas de decisión con parámetros de entrada de volumen tidal, respiraciones por minuto y ciclo inspiración-expiración(I/E). Se evalúa el control implementado simulando dos compliancias pulmonares: una a través de un recipiente de material flexible y la otra mediante un simulador médico profesional. Se registra un error menor al 1% en la frecuencia de respiración, mientras que en los ciclos I/E se obtuvo un error máximo de 18.25%. Dichos errores se atribuyen a la alta tolerancia en el diseño mecánico de trasmisión de potencia, el cual retrasa el control electrónico en 0.128 segundos. El simulador pulmonar registró una asistencia respiratoria exitosa con 2 pulmones colapsados y 66% de resistencia del pulmón.