automatizacion cama uci -...

II

FACULTAD DE CIECIAS DE LA IGEIERÍA

CARRERA DE IGEIERÍA MECATRÓICA

TEMA:

AUTOMATIZACIÓ DE UA CAMA DE CUIDADOS ITESIVOS DEL HOSPITAL 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

III

DECLARACIÓ

Del contenido del presente trabajo se responsabiliza el autor

____________________________

Patricio Cevallos Arroyo

1002482402

IV

Quito, 23 de Septiembre de 2010

Ingeniero Jorge Viteri. Decano de la Facultad de Ciencias de la Ingeniería Universidad Tecnológica Equinoccial Presente.-

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 previos

la graduación.

Atentamente,

_______________

Fausto R. Freire Director del Trabajo de Grado

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.

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

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

IX

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

X

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

XI

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

XII

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

XIII

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

XIV

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 del

somier 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

XV

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

XVI

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

XVII

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

XVIII

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

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

XX

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

XXI

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

XXII

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.

XXIII

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.

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

1

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.

2

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 camas manuales en el área de Terapia Intensiva del HCAM

Procesos Equipo Materia

Ambiente Personal

Figura 1-1 Diagrama espina de pescado

3

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

4

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.

5

¿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 Autodesk Inventor

AutoCAD

10% Interacción con otros software 8 7 8

8% Costo de la licencia 4 6 5 50% Simulación 9 8 8 20% Análisis de esfuerzos 9 8 8

12% 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 9 15% Costo de la licencia 8 7

40% Simulación 8 8 Elaborado 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 Assembler

45% Rapidez de respuesta 7 9 15% Ahorro de código 7 8 50% Portabilidad 9 8

Elaborado 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 6 45% Torque 9 7 6

20% Control 7 9 8 15% 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 posición

del 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.

IVERSIÓ VALOR TOTAL

CAPITAL PROPIO

CAPITAL FIACIADO

Activos Fijos Tangibles Herramientas 1858,4 1200 658,4 Muebles y Equipos de Oficina 1484,1 1000 484,1

Total Act. Fijos Tang. 3342,5 2200 1142,5

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IVERSIÓ VALOR TOTAL

CAPITAL PROPIO

CAPITAL FIACIADO

Activos Fijos Intangibles Total Act. Fijos Intang 24480,0 8000 16480,0

Subtotal Activos Fijos 27822,5 10200,0 17622,5

CAPITAL DE TRABAJO Subtotal 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 Total Soldadora 1 400 400 Moladora 1 85 85

Juegos de llaves 1 200 200 Taladro de mesa 1 700 700

Juego de brocas 1 80 80 Caja de herramientas 1 150 150 Remachadora 1 17 17

Sierra 2 20 40 Juego de desarmadores 1 50 50

kit de herramientas electrónica 1 50 50 Pinzas 2 25 50 Subtotal 1822

2% imprevistos 36,44 TOTAL 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 Total

Escritorio 1 170 170 Sillas 2 70 140

Teléfono 1 40 40 Línea de teléfono 1 60 60

Conexión Internet 256 Kbps 1 50 50 Subtotal 460 2% imprevistos 9.2

TOTAL 469.2 Equipos de Computo:

DETALLE Cantidad Costo Unitario Costo total Programador Pics 1 45 45 Laptop HP dv4 1420 1 950 950

Subtotal 995 2% imprevistos 19.9

TOTAL 1014.9 TOTAL 1484.1

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Proformas de almacenes

Tabla 8 Activos fijos intangibles.

Concepto Valor Constitución de la empresa 1500

Estudio de Prefactibilidad 2000 Puesta en marcha 500 Software y licencias 20000

Subtotal 24000 2% imprevistos 480

TOTAL 24480 Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Internet, publicaciones varias

Tabla 9 Capital de Trabajo.

Concepto Valor

Costos de Fabricación 54735,26 Materia prima 36010,08

Materiales directos 1719,72 Materiales indirectos 156,67

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Concepto Valor

Mano de Obra Directa 16848,79 Gastos 7236,74 Suministros 612,00

Mantenimiento y reparación 109,14 Arriendos 6120,00

Uniformes y equipo de seguridad 380,46 Seguros 15,14

Total Capital de Trabajo 61972,00 Elaborado 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 12072.00 Celdas de carga 360.00 8640.00 Caja de control 164.00 3936.00

Sistema backup 147.00 3528.00 Control 62.00 1488.00

Estructura metálica 120.00 2880.00 ruedas 30.00 720.00 Material electrónico 45.00 1080.00

Tablero con recubrimiento 40.00 960.00 Subtotal 1471.00 35304.00

2% imprevistos 29.42 706.08 TOTAL 1500.42 36010.08 Materiales Directos Especificación Costo Total por Cama Costo Total Anual Pernos y tornillos 12.5 300.00

tuercas y arandelas 5 120.00 Cable 2 48.00

Discos abrasivos 2 48.00 Electrodos 2 48.00

Pintura 45.00 1080.00 Estaño 0.50 12.00 Lubricantes 1.25 30.00

Subtotal 70.25 1686.00 2% imprevistos 1.41 33.72

TOTAL 71.655 1719.72

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Especificación Costo Total por Cama Costo Total Anual

Materiales Indirectos Plástico de embalaje 1 24,00

Cinta de embalaje 0,4 9,60 Transporte y Aduanas 10 120,00 Subtotal 11,4 153.6

2% imprevistos 0,228 3,07 TOTAL 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 personas Sueldo básico

individual Sueldo mensual

IBS Sueldo Anual IBS

Diseñador 1 510 698,22 8378,58 Ayudante 2 240 678,32 8139,84

Subtotal 1376,54 16518,42

2% imprevistos 27,53 330,37 TOTAL 1404,07 16848,79

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Comisiones Sectoriales

Tabla 12 Suministros.

Concepto Unidad Cantidad Mensual Costo Unitario

Costo Mensual

Costo Total Anual

Energía eléctrica Kwh 200 0.07 14 168 Agua m3 8 0.5 4 48 Internet kbps 1000 29 348

Teléfono min 100 0.03 3 36 Subtotal 50 600

2% imprevistos 1 12 TOTAL 51 612

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Estimados básicos

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Tabla 13 Mantenimiento y Reparación.

Concepto Valor % del Costo Valor Mensual Valor Anual

Muebles y equipos 469.2 3% 1.17 14.08 Maquinaria 1858.44 5% 7.74 92.92

Subtotal 8.92 107.00 2% imprevistos 0.18 2.14

TOTAL 9.09 109.14 Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Estimados básicos

Tabla 14 Arriendos.

CONCEPTO Cantidad Valor Mensual Valor Total

Taller y Bodega 1 300 300 Vehículo 1 200 200 Subtotal 500

2% imprevistos 10 TOTAL 510

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Estimados básicos

Tabla 15 Uniformes y Equipos de Seguridad.

DETALLE Cantidad Costo Unitario Costo Total Anual Overol de tela jean 2 35 70

Zapatos industriales 2 75 150 Respirador de polvo 2 30 60

Protector auditivo 2 4 8 Guantes de cuero 1 5 5 Gafas de protección 2 15 30

Extintores 1 50 50 Subtotal 373

2% imprevistos 7.46 TOTAL 380.46

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Cotizaciones varias

Tabla 16 Seguros.

Concepto Valor Total % de Valor

Total Valor Mensual Valor Anual Muebles y enceres 469.2 1.00% 0.39 4.69 Equipos de computo 1014.9 1.00% 0.85 10.15 Subtotal 1.24 14.84

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Concepto Valor Total % de Valor

Total Valor Mensual Valor Anual 2% imprevistos 0.02 0.30 TOTAL 1.26 15.14

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Estimados varios

Tabla 17 Costo de Producción Anual.

Costo Total Costo Variable Costo Fijo COSTO DE FABRICACIÓN Costos Directos Materia Prima 36010.08 36010.08 Materiales Directos 1719.72 1719.72 Mano de Obra Directa 16848.79 16848.79

Costos Indirectos Materiales Indirectos 156.67 156.67 Suministros 612.00 612.00 Mantenimiento 109.14 109.14 Seguros 15.14 15.14 COSTOS DE ADMINISTRATIVOS Personal Administrativo 0 0 Gastos Administrativos 0.00 0 0

COSTOS DE VENTAS Total de costos de ventas 0 0

COSTOS FINANCIEROS Total de costos financieros 7054.14 7054.14

COSTO DE PRODUCCIÓN TOTAL 62525,68 54844.40 7681.28

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Contabilidad de Kester

Tabla 18 Depreciación.

Concepto Costo Vida Útil %

Valor Residual

Valor a Depreciar

Depreciación Anual

Maquinaria 1858.4 10 10.00% $ 92.92 $ 1,765.52 176.55

Muebles y Enceres 469.2 10 10.00% $ 23.46 $ 445.74 44.57

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Concepto Costo Vida Útil %

Valor Residual

Valor a Depreciar

Depreciación Anual

Equipos de computación 1014.9 3 33.33% $ 50.75 $ 964.16 321.35 TOTAL $ 167.13 542.48

Elaborado 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% 400.00 Puesta en marcha 500 5 20.00% 100.00

Software y Licencia 20000 5 20.00% 4000.00 TOTAL 4800.00

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Publicaciones SRI

Tabla 20 Gastos Financieros.

Valor Capital Financiado 59594,54 Plazo 10 años Interés anual 12,00%

Años semestres Pago periódico Interés Amortización Saldo

Insoluto

0 $ 59.594,54 1 $ 5.195,72 $ 3.575,67 $ 1.620,05 $ 57.974,49 2 $ 5.195,72 $ 3.478,47 $ 1.717,25 $ 56.257,23

Año 1 $ 7.054,14 $ 3.337,31 1 $ 5.195,72 $ 3.375,43 $ 1.820,29 $ 54.436,94 2 $ 5.195,72 $ 3.266,22 $ 1.929,51 $ 52.507,43

Año 2 $ 6.641,65 $ 3.749,80 1 $ 5.195,72 $ 3.150,45 $ 2.045,28 $ 50.462,16 2 $ 5.195,72 $ 3.027,73 $ 2.167,99 $ 48.294,16

Año 3 $ 6.178,18 $ 4.213,27 1 $ 5.195,72 $ 2.897,65 $ 2.298,07 $ 45.996,09 2 $ 5.195,72 $ 2.759,77 $ 2.435,96 $ 43.560,13

Año 4 $ 5.657,42 $ 4.734,03 1 $ 5.195,72 $ 2.613,61 $ 2.582,12 $ 40.978,02 2 $ 5.195,72 $ 2.458,68 $ 2.737,04 $ 38.240,98

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Años semestres Pago periódico Interés Amortización Saldo

Insoluto

Año 5 $ 5.072,29 $ 5.319,16 1 $ 5.195,72 $ 2.294,46 $ 2.901,26 $ 35.339,71 2 $ 5.195,72 $ 2.120,38 $ 3.075,34 $ 32.264,37

Año 6 $ 4.414,84 $ 5.976,61 1 $ 5.195,72 $ 1.935,86 $ 3.259,86 $ 29.004,51 2 $ 5.195,72 $ 1.740,27 $ 3.455,45 $ 25.549,06 Año 7 $ 3.676,13 $ 6.715,31 1 $ 5.195,72 $ 1.532,94 $ 3.662,78 $ 21.886,28 2 $ 5.195,72 $ 1.313,18 $ 3.882,55 $ 18.003,73 Año 8 $ 2.846,12 $ 7.545,33 1 $ 5.195,72 $ 1.080,22 $ 4.115,50 $ 13.888,23 2 $ 5.195,72 $ 833,29 $ 4.362,43 $ 9.525,80 Año 9 $ 1.913,52 $ 8.477,93 1 $ 5.195,72 $ 571,55 $ 4.624,18 $ 4.901,63 2 $ 5.195,72 $ 294,10 $ 4.901,63 $ 0,00 Año 10 $ 865,65 $ 9.525,80

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Estimado Banca privada

Tabla 21 Precio de Venta.

Producto Producción

CPT anual (USD)

Costo total unitario (USD)

P.V

CPT / PA CU + 12% + 20%

Camas UCI 24 62525.68 2605.24 3438.91 Elaborado 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 -30200,00 1 6.857,57 $ 6.247,18

2 7.078,73 $ 6.448,66 3 7.289,20 $ 6.640,40

4 7.370,36 $ 6.714,33 5 7.552,79 $ 6.880,53 6 5.977,29 $ 5.445,26

7 6.120,80 $ 5.575,99 8 6.239,84 $ 5.684,44

9 6.330,51 $ 5.767,04 10 6.388,40 $ 5.819,78

VAN = $ 12.910,49 Elaborado 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 Año 8 Año 9 Año 10 Ventas brutas 82.533,89 84.267,11 86.036,72 87.843,49 89.688,20 91.571,65 93.494,66 95.458,04 97.462,66 99.509,38 Costo de producción 62.525,68 63.677,41 64.853,33 66.053,94 67.279,77 68.531,34 69.809,19 71.113,87 72.445,96 73.806,02 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 24.344,17 25.016,71 25.703,36 Gastos Administrativos 0,00 0,00 0,00 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 0,00 0,00 0,00 Depreciaciones 542,48 542,48 542,48 221,13 221,13 221,13 221,13 221,13 221,13 221,13 Amortizaciones 4.800,00 4.800,00 4.800,00 4.800,00 4.800,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Utilidad neta en operación 14.665,74 15.247,22 15.840,91 16.768,42 17.387,31 22.819,19 23.464,34 24.123,05 24.795,58 25.482,24 Costos financieros 7.054,14 6.641,65 6.178,18 5.657,42 5.072,29 4.414,84 3.676,13 2.846,12 1.913,52 865,65 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 21.276,93 22.882,06 24.616,59 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 3.191,54 3.432,31 3.692,49 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 18.085,39 19.449,75 20.924,10 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 4.521,35 4.862,44 5.231,03 Utilidad eta 4.852,39 5.486,05 6.159,99 7.083,26 7.850,82 11.732,77 12.614,98 13.564,04 14.587,31 15.693,08

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Contabilidad de Kester

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Tabla 24 Flujo Neto de Caja

Años Utilidad

Neta Depreciación Amortización Capital de Trabajo

Valor residual Inversión Préstamo

Amortización deuda FNC

0 89794,54 59594,54 -30200,00

1 4.852,39 542,48 4800,00 3337,31 6.857,57

2 5.486,05 542,48 4800,00 3749,80 7.078,73

3 6.159,99 542,48 4800,00 4213,27 7.289,20

4 7.083,26 221,13 4800,00 4734,03 7.370,36 5 7.850,82 221,13 4800,00 5319,16 7.552,79

6 11.732,77 221,13 0 5976,61 5.977,29

7 12.614,98 221,13 0 6715,31 6.120,80

8 13.564,04 221,13 0 7545,33 6.239,84 9 14.587,31 221,13 0 8477,93 6.330,51

10 15.693,08 221,13 0 9525,80 6.388,40

61972,00 8466,00 Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Contabilidad de Kester.

21

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/

22

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.

23

- 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.


12 3

4

24

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.

25

- 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.

26

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.

27

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 / trendelenburg inverso > 12° *

Elevación de rodillas *

Posición fowler*

Función terapéutica tramo piernas manual

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 DESCRIPCIÓN 1 CI healthcare 2 Astaburuaga Cama K2 3 Total care duo2 hillroom 4 Komplet Electrica 5 Stryker critical care bed** 6 Cama Ferromédica 7 Solución de automatización propuesta

28

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)

Descripción constructiva

Existen dos tipos de galgas básicos:

- De hilo conductor o lámina conductora

El sensor está constituido básicamente por una base muy delgada no conductora y muy

flexible, sobre la cual va

acaban en dos terminales a los cuales se conecta el transductor.

- Semiconductoras

Las galgas semiconductoras son similares a las anteriores. En este tipo de galgas se

sustituye el hilo metálico por un material semiconductor.

semiconductoras tienen un tamaño más reducido.

Figura

2.3.2 Celdas de Carga

- Principio de funcionamiento

Una modalidad muy común de transductor para medir fuerza se basa en el empleo de

deformímetros de resistencia eléctrica para monitorear la deformación de cierto

elemento cuando éste se estira, comprime o dobla por la aplicación de una fuerza. A

este transductor se le conoce como celda de carga. La celda de carga es un tubo

cilíndrico, o un bloque en el que se colocan deformímetros o extensómetros. Al aplicar

fuerzas para comprimir o flejar a la celda de carga, los deformímetros producen un 29

Descripción constructiva

Existen dos tipos de galgas básicos:

De hilo conductor o lámina conductora


flexible, sobre la cual va adherido un hilo metálico muy fino. Las terminaciones del hilo

acaban en dos terminales a los cuales se conecta el transductor.

Semiconductoras


sustituye el hilo metálico por un material semiconductor.

semiconductoras tienen un tamaño más reducido.

Figura 2-2 Representación galga extensiométrica tipo cinta

Celdas de Carga

Principio de funcionamiento





o un bloque en el que se colocan deformímetros o extensómetros. Al aplicar

fuerzas para comprimir o flejar a la celda de carga, los deformímetros producen un


adherido un hilo metálico muy fino. Las terminaciones del hilo


sustituye el hilo metálico por un material semiconductor. Este tipo de galgas

Representación galga extensiométrica tipo cinta.

Fuente: (Coughlin, 1999)





o un bloque en el que se colocan deformímetros o extensómetros. Al aplicar

fuerzas para comprimir o flejar a la celda de carga, los deformímetros producen un

30

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 1500µε 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 µ. Esta disposición da

una sensibilidad 2(1+µ) 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)

31

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 Rgc y Rmc. 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.

32

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

33

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

34

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)

35

(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

36

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 por una

placa endurecida con un grosor de 4mm y una dureza de entre 50 a 53 Rc..

- Determinación de la capacidad correcta de la celda de carga.

Los factores que contribuyen a la carga en una celda de carga son:

a. Pre-carga. (el peso de toda la construcción colocada sobre las celdas)

b. Capacidad máxima de media.

c. Influencias dinámicas. (reanimación, transporte, etc.)

d. Carga descentrada para la medición.

e. La posibilidad de una sobrecarga de peso.

Para escoger la mejor capacidad de la celda de carga, se debe calcular la carga máxima

posible dividida entre el número de celdas de carga. Escoger la capacidad mayor más

próxima dentro del rango de capacidades disponibles. Para la capacidad escogida revisar

si el intervalo mínimo (Vmin) satisface los requerimientos de exactitud. Si no satisface

37

los requerimientos una menor capacidad puede ser escogida pero la posibilidad de

sobrecarga de cada celda de carga debe ser evitada.

Las sobrecargas estáticas y dinámicas pueden resultar en un cambio del balance cero,

así también se deben tomar en cuenta otros factores como:

a. Evitar fuerzas derivadas entre la base y la cama tanto como sea posible.

b. Mantener espacio libre alrededor de la cama y suficiente espacio entre la

base y la cama.

c. Evitar fuerzas de impacto tanto como sea posible.

d. Localizar las celdas de carga lo más cerca posible al perímetro exterior, tanto

que el centro de gravedad este siempre dentro de las celdas de carga.

e. Localizar las celdas de carga preferentemente allí donde la fuerza de

introducción sea constante.

f. Localizar las celdas de carga allí donde las fuerzas laterales no ocurran

durante la medición.

g. Fijar la celda de carga con el torque correcto.

h. Montar las celdas de carga horizontalmente y al mismo nivel.

i. Cuidar que la cama este colocada en posición horizontal durante la medición.

(Zemic Europe, 2010)

2.4 Actuadores

Los actuadores son dispositivos inherentemente mecánicos que proporcionan fuerza

para mover otro dispositivo mecánico. Los actuadores sea hidráulicos, neumáticos o

eléctricos son usados para manejar diferentes dispositivos mecatrónicos.

38

2.4.1 Actuadores Lineales

Una necesidad común en el sistema mecánico es la de mover componentes en línea

recta, existen gran cantidad de dispositivos y sistemas que facilitan el movimiento lineal

La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática,

presión hidráulica, y fuerza motriz eléctrica (motor eléctrico o solenoide). Dependiendo

del origen de la fuerza el actuador se denomina “neumático”, “hidráulico” o “eléctrico”.

Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando se necesita de mayor

potencia, aunque hay riesgos asociados con fugas de aceite, además de ser más costosos

que los demás sistemas de actuación, mientras que los actuadores neumáticos son más

utilizados para controlar elementos de actuación final, incluso cuando el sistema de

control es eléctrico. Esto se debe a que con dichas señales es posible accionar válvulas

de grandes dimensiones y otros dispositivos de control que requieren mucha potencia

para mover cargas considerables. La principal desventaja de los sistemas neumáticos es

la compresibilidad del aire.

Los actuadores eléctricos también son muy utilizados en dispositivos mecatrónicos,

como actuadores de posicionamiento preciso, además presentan diseños más compactos

que el resto de actuadores, son de fácil instalación y brindan mayor tiempo de trabajo

sin mayor mantenimiento, ya que generalmente son unidades cerradas desde fabrica.

Actuadores hidráulicos

En los sistemas hidráulicos la presurización del aceite se logra mediante una bomba

accionada por un motor eléctrico. La bomba envía aceite desde un pozo colector a

través de una válvula de retención y un acumulador; esto se observa en la figura 2.5. La

válvula de alivio libera presión cuando ésta rebasa determinado nivel de seguridad; la

válvula de retención evita que el aceite regrese a la bomba y el acumulador equilibra las

fluctuaciones de corta duración en la presión de salida del aceite.

Actuadores eumáticos

A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se

les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores

hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una

pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que

estos tienen poca viscosidad.

En una fuente de energía neumática (figura 2.5), sea acciona un compresor de aire con

un motor eléctrico. El aire que entra al compresor se

reducir el nivel de ruido. La válvula de alivio de presión protege contra un aumento de

la presión de sistema que exceda el nivel de seguridad. Dado que el compresor aumenta

la temperatura del aire, es posible que sea

eliminar la contaminación y agua del aire se utiliza un filtro y un separador de agua. En

39



fluctuaciones de corta duración en la presión de salida del aceite. (Bolton, 2005)

Figura 2-5 Fuente de alimentación hidráulica

Actuadores eumáticos




eña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que

estos tienen poca viscosidad.


un motor eléctrico. El aire que entra al compresor se filtra y pasa por un silenciador para



la temperatura del aire, es posible que sea necesario un sistema de enfriamiento; para




(Bolton, 2005)

Fuente de alimentación hidráulica

Fuente: (Bolton, 2005)




eña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que


filtra y pasa por un silenciador para



necesario un sistema de enfriamiento; para


el receptor de aire se aumenta el volumen del aire del sistema y se equilibran las

fluctuaciones de presión de breve duraci

2.4.2 Actuadores Lineales

La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los

actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo se requieren de energía eléctrica como

fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las

señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la

distancia entra la fuente de poder y el actuador.

Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos

estandarizados según la aplicación. En la ma

reductores, debido a que los motores son de operación continua. Entre los mecanismos

utilizados para generar movimiento lineal a través de actuación eléctrica tenemos:

- Tornillos de potencia

Los tornillos de potencia y de bolas sirven para convertir movimiento rotatorio en

movimiento lineal y para ejercer la fuerza necesaria para mover un elemento de

40


fluctuaciones de presión de breve duración. (Bolton, 2005)

Figura 2-6 Fuente de alimentación neumática

Lineales Eléctricos




ales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la

distancia entra la fuente de poder y el actuador.


estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar



Tornillos de potencia




Fuente de alimentación neumática





ales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la


yoría de los casos es necesario utilizar





41

maquina a lo largo de una trayectoria deseada. Los tornillos de potencia trabajan con el

principio clásico del tornillo con rosca y su tuerca correspondiente. Si el tornillo se

soporta con cojinetes y gira, mientras que la tuerca se mantiene sin girar, la tuerca se

trasladará a lo largo del tornillo. Si la tuerca es parte integral de una maquina, la rosca

impulsará a lo que este acoplada en la misma a lo largo de un eje lineal. Por el contrario,

si la tuerca se soporta mientras gira, se puede hacer que el tornillo se traslade.

La potencia se entrega el eje de entrada por un motor eléctrico. El gusano maquinado

integral en el eje de entrada, impulsa la corona y produce una reducción en la velocidad

de giro. El interior de la corona tiene roscas maquinadas que se acoplan a las roscas

externas del tornillo de potencia, y lo impulsan en sentido vertical. (Mott, 2006)

- Piñón cremallera

La función de este accionamiento es producir un movimiento lineal de la cremallera, a

partir del movimiento giratorio del piñón motriz. Este tipo de accionamiento no es

recomendable para generar gran fuerza. (Mott, 2006)

- Solenoides lineales

Son aparatos que hacen que un núcleo cilíndrico salga o entre cuando se aplica corriente

a una bobina eléctrica, lo cual produce un movimiento rápido a distancias pequeñas y

que no necesitan mayor fuerza. (Mott, 2006)

- Tornillo de bolas

Un tornillo de bolas tiene funciones parecidas a un tornillo de potencia pero la

configuración es distinta, la tuerca contiene muchas bolas pequeñas y esféricas que

tienen contacto de herradura con las roscas del tornillo, lo cual proporciona poca

42

fricción y grandes eficiencias, en comparación con los tornillos de potencia. A medida

que el tornillo y la tuerca giran entre si, las bolas de rodamiento son desviadas en un

extremo y regresada por los tubos de guía para retorno de bolas, al extremo opuesto de

la tuerca de bolas. Esta circulación permite que el recorrido de la tuerca no tenga

restricción en relación el eje. (Mott, 2006)

Principio de operación

El principio básico de operación (figura 2.7) de la gran mayoría de actuadores lineales

existentes en el mercado, es que un motor DC de bajo voltaje (7), por medio de un

sistema de engranajes (8), gira un tornillo sin fin en una tuerca estática. Como la tuerca

no puede rotar, la barra del pistón es frenado y esta se mueve hacia delante y hacia atrás

cuando el tornillo gira.

Figura 2-7 Esquema de construcción de Actuador Lineal marca LINAK

Fuente: (LINAK, 2010)

1. Ojo del pistón.

2. Pistón.

3. Localización de las roscas.

4. Ubicación del freno.

5. Sistema de engranes.

6. Montaje trasero.

43

7. Motor.

8. Transmisión entre el juego de engranes y el sinfín.

9. Cable para conexión.

El tipo de motor, los engranajes y el paso del pistón, determinan la velocidad y el

empuje del actuador.

Figura 2-8 Actuador Linak construcción interna

Fuente: (LINAK, 2010)

2.5 Elementos de Maquinas

Para la llevar a cabo este proyecto es necesario conocer los diferentes elementos de

maquinas que se podrán utilizar, los cuales se detallan a continuación

2.5.1 Ejes

Un eje es un componente de dispositivos mecánicos que trasmite movimientos

rotatorios y potencia, es parte de cualquier sistema mecánico donde la potencia se

tramite desde un primotor a otras partes del sistema.

Para el caso puntual del diseño del eje que se piensa usar en esta aplicación se debe

tener en cuenta algunos conceptos y teoría importante a la hora de proceder con el

mismo.

44

- Factor de Diseño

El factor de diseño N es una medida de la seguridad relativa de un componente bajo la

acción de una carga. En la mayoría de los casos, la resistencia del material con que se

fabricará el componente se divide entre el factor de diseño para determinar un esfuerzo

de diseño, σd llamado esfuerzo admisible o esfuerzo permisible. Entonces el esfuerzo

real que se desarrolla en el componente debe ser menor que el esfuerzo de diseño.

Para escoger un factor de diseño adecuado se debe analizar asuntos como la naturaleza

de la aplicación, el ambiente, la naturaleza de las cargas sobre el componente que se va

a diseñar, el análisis de esfuerzos y el grado de confianza en los datos que se emplean en

el proceso de diseño. En el libro de Robert Mott se sugiere los siguientes lineamientos

para materiales dúctiles, los valores recomendados son:

1. = 1.25 a 2 El diseño de estructuras bajo cargas estáticas, para las cuales hay

un alto grado de confianza en todos los datos del diseño.

2. = 2.0 a 2.5 Diseño de elementos de maquina bajo cargas dinámicas con una

confianza promedio en todos los datos de diseño.

3. = 2.5 a 4.0 Diseño de estructuras estáticas o elementos de maquina bajo

cargas dinámicas con incertidumbre acerca de las cargas, propiedades de los

materiales, análisis de esfuerzos o el ambiente.

4. = 4 o más Diseño de estructuras estáticas o elementos de maquinas bajo

cargas dinámicas, con incertidumbre en cuanto a alguna combinación de cargas,

propiedades del material, análisis de esfuerzos o el ambiente. El deseo de dar

una seguridad adicional a componentes críticos puede justificar también el

empleo de estos valores.

45

- Método del Esfuerzo Cortante Máximo

Se emplea para esfuerzos cortantes y esfuerzos combinados. Se determina el esfuerzo

cortante máximo con el círculo de Mohr, entonces la ecuación de diseño es: (Mott,

2006)

< = = . / Ecuación (2-1) Esfuerzo Cortante

- Tensión Uniaxial Combinada con Cortante Torsional

Este caso especial es importante porque se describe el estado de esfuerzos en un eje

giratorio que soporta cargas de flexión y al mismo tiempo trasmite par de torsión. Un

concepto útil y cómodo se conoce como par torsional equivalente y es utilizado para el

caso especial de un cuerpo sometido solo a flexión y torsión. Para calcular este tipo de

esfuerzo se utiliza la siguiente fórmula: (Mott, 2006)

= √ + Ecuación (2-2) Esfuerzo cortante en

tensión uniaxial con cortante torsional

Donde el numerador de la ecuación anterior se define como par torsional equivalente

, entonces la ecuación se puede expresar como: (Mott, 2006)

= Ecuación (2-3) Esfuerzo cortante con

par torsional equivalente

Procedimiento para Diseñar Ejes

A causa del desarrollo simultaneo de los esfuerzos cortantes torsionales y los esfuerzos

flexionantes el análisis de esfuerzos en un eje implica casi siempre emplear un método

de esfuerzos combinados el método recomendado para diseñar y analizar ejes es el de la

teoría de falla por energía de distorsión. También pueden desarrollarse esfuerzos

46

cortantes verticales y esfuerzos normales directos, por cargas axiales, estos esfuerzos

pueden dominar en ejes muy cortos, u en porciones del eje donde no existen flexión ni

torsión.

2.5.2 Columnas

Una columna es un miembro estructural que soporta una carga axial de compresión, y

que tiende a fallar por inestabilidad elástica o pandeo, más que por aplastamiento del

material. La inestabilidad elástica es la condición de falla donde la forma de una

columna no tiene la rigidez necesaria para mantenerla erguida bajo la carga. Entonces,

si no se reduce la carga, la columna se colapsará. (Mott, 2006)

- Propiedades de la Sección Transversal de una Columna

La tendencia de una columna a pandearse depende de la forma y las dimensiones de su

sección transversal así como también de su longitud y la forma de fijarla a miembros o

apoyos adyacentes. Las propiedades importantes de la sección transversal son:

1. El área de la sección transversal A.

2. El momento de inercia I de la sección transversal, con respecto al eje para que el

I sea mínimo.

3. El valor de radio de giro de la sección transversal, r. el cual puede ser calculado

con la siguiente fórmula: (Mott, 2006)

= !

Ecuación (2-4) Radio de giro

- Fijación de un Extremo y Longitud Efectiva

El termino fijación de un extremo se refiere a la forma en que se soportan los extremos

de una columna. La variable más importante es la cantidad de restricción a la tendencia

de rotación que existe en los extremos de la columna

de extremos:

- Extremo articulado.

modo que no se puede mover de un lado a otro pero no ofrece resistencia a la

rotación del extremo. Una unión con pasador cilíndri

con respecto a un eje, pero restring

- Extremo empotrado.

- Extremo libre.

restricción y no esta guiado es el peor de los casos de columna.

Longitud efectiva de la columna.

"Donde: L=longitud real de la columna entre los soportes.

K= Constante que depende del extremo fijo. (Grafico valores de k)

Figura

Valores teóricos

Articulada articulada

K=1.0Valores

prácticos K=1.0

47

de rotación que existe en los extremos de la columna. Existen tres formas de restricción

Extremo articulado.- Un extremo articulado de una columna esta guiado de tal


rotación del extremo. Una unión con pasador cilíndrico ofrece poca resistencia

con respecto a un eje, pero restringe para el eje perpendicular al eje del pasador.

Extremo empotrado.- Es aquel que se sujeta contra la rotación en el soporte.

Extremo libre.- Es aquel en el que el extremo superior de la columna


Longitud efectiva de la columna.- Esta se define de la siguiente manera:

= #" Ecuación (2

L=longitud real de la columna entre los soportes.


Figura 2-9 Valores de K para obtener longitud efectiva

Articulada – articulada

K=1.0

Empotrada – empotrada

K=0.5

Empotrada- libreK=2.0

K=1.0 K=0.65 K=2.10

. Existen tres formas de restricción

Un extremo articulado de una columna esta guiado de tal


co ofrece poca resistencia

para el eje perpendicular al eje del pasador.

Es aquel que se sujeta contra la rotación en el soporte.

Es aquel en el que el extremo superior de la columna no tiene


Esta se define de la siguiente manera: (Mott, 2006)

2-5) Longitud efectiva


Valores de K para obtener longitud efectiva

libre Empotrada -

articulada K=0.7

K=0.8

Fuente: (Mott, 2006)

48

- Relación de Esbeltez

La relación de esbeltez es el cociente de la longitud efectiva de la columna entre su

radio de giro mínimo. (Mott, 2006)

Relación de esbeltez=$%/&' = ($/&' Ecuación (2-6) Relación de esbeltez

- Relación de Esbeltez de Transición

La relación de esbeltez de transición o constante de columna, Cc, se define como:

(Mott, 2006)

)* = +,- Ecuación (2-7) Constante de columna

Donde: E= Modulo de elasticidad del material de la columna.

Sy= Resistencia de fluencia del material.

- Selección del método de análisis

La elección del método de análisis de columnas rectas y con carga central apropiado,

depende del valor de la relación de esbeltez real de la columna que se analiza,

comparado con la relación de esbeltez de transición de la misma.

Entonces tenemos que:

Si #"/./0 > 23 se debe diseñar la columna como una columna larga caso contrario

Si #"/./0 < 23 se procederá a diseñar la columna con el análisis de columna corta.

- Análisis de Columnas Largas

En el análisis de una columna larga se emplea la formula de Euler: (Mott, 2006)

4* = +,!(($/) Ecuación (2-8) Fórmula de Euler

49

Con la ecuación se calcula la carga crítica Pcr, donde la columna comenzaría a

pandearse. Si reemplazamos la ecuación (2.4) entonces obtenemos la formula de Euler

alternativa siguiente: (Mott, 2006)

4* = +, (($) Ecuación (2-9) Fórmula alternativa

de Euler

Esta fórmula nos permite especificar el tamaño y la forma de una sección transversal de

columna para soportar cierta carga, además es más fácil con esta ecuación determinar el

momento de inercia.

- Factor de Diseño y Carga Admisible

Como se espera una falla con una carga límite y no con un esfuerzo, el concepto de un

factor de diseño se aplica en forma distinta que en la mayor parte de los demás

miembros sometidos a cargas. En vez de aplicar el factor de diseño a la resistencia de

influencia o a la resistencia última del material, se aplicará a la carga crítica. Para

aplicaciones típicas en el diseño de maquinas, se emplea un factor de diseño 3. Para

columnas estacionarias con cargas y extremos empotrados bien conocidos se podrá

emplear un factor de 2 o hasta de 1.92. Para columnas muy largas, donde existe

incertidumbre acerca de las cargas y de los extremos empotrados o cuando se presenten

peligros especiales se aconseja emplear factores mayores. (Mott, 2006)

Las siguientes definiciones se deben comprender:

Pcr= Carga critica de pandeo

Pa= Carga admisible

P= Carga real aplicada

N= Factor de diseño

Así tenemos que:

50

Pa = Pcr / N Ecuación (2-10) Carga admisible

La carga real aplicada P debe ser menor que Pa.

- Análisis de Columnas Cortas

Cuando la relación de esbeltez real en una columna, KL / R, es menor que el valor de

transición Cc, la columna es corta y se debe emplear la formula de J.B. Johnson. si se

aplica la ecuación de Euler se calcularía una carga critica mayor a la que en realidad es.

La formula J.B. Johnson se escribe como sigue: (Mott, 2006)

4* = ! 78 − (($/):+, ; Ecuación (2-11) Fórmula de J. B.

Johnson

- Diseño de Columnas

En una situación de diseño, las dimensiones desconocidas de la sección transversal

hacen imposible el cálculo de radio de giro, y en consecuencia la relación de esbeltez.

Sin la relación de esbeltez, no se puede determinar si la columna es larga o corta. Por

consiguiente, no se conoce la fórmula adecuada para aplicarla.

Esta dificultad se supera si se supone que la columna sea larga o corta, y se procede con

la formula correspondiente. Entonces, después de haber determinado las dimensiones de

la sección transversal, se calculará el valor real de KL/r y se comparará con Cc. Así se

comprobará si se ha empleado la formula correcta. En caso afirmativo, el resultado

calculado es correcto. Si no, se debe aplicar la formula alterna y repetir el cálculo para

determinar dimensiones nuevas. En resumen el objetivo del análisis y diseño de las

columnas es garantizar que la carga aplicada a una columna sea segura y que sea

bastante menor que la carga critica de pandeo. (Mott, 2006)

51

2.5.3 Cojinetes con Contactos de Rodadura (Rodamientos)

El propósito de un cojinete es soportar una carga y al mismo tiempo permitir un

movimiento relativo entre dos elementos de una maquina. El termino cojinetes con

contacto de rodadura se refiere a una gran variedad de cojinetes llamados rodamientos,

los cuales usan bolas esféricas o algún tipo de rodillos entre los elementos estacionario y

móvil. El tipo más común de cojinete soporta un eje rotatorio y resiste cargas puramente

radiales, o una combinación de cargas radiales y axiales. (Mott, 2006)

Los componentes de un cojinete con contacto de rodadura típico son la pista interior, la

pista exterior y los elementos rodantes. Estas partes del rodamiento se pueden apreciar

en la siguiente figura.

Figura 2-10 Componentes principales de un contacto de rodadura (NSK Corporation, Ann Arbor,MI)

Fuente: (Mott, 2006)

En general, la pista exterior es estacionaria, y está sujeta a la caja de la maquina. La

pista interior se introduce a presión en el eje giratorio y, en consecuencia, gira con él.

Entonces, las bolas ruedan entre las pistas interior y exterior. La trayectoria de la carga

es: del eje, a la pista interior, a las bolas, a la pista exterior, por último, a la caja. La

52

presencia de las bolas permite una rotación muy uniforme, con poca fricción par parte

del eje. El coeficiente de fricción típico para un rodamiento es de 0.001 a 0.005,

aproximadamente. (Mott, 2006)

Cargas Actuantes en un rodamiento

Las Cargas Radiales Actúan hacia el centro del cojinete a lo largo del radio, este tipo de

cargas son comunes a las que causan los elementos de trasmisión de potencia. Las

Cargas de empuje son aquellas que actúan paralelas a la línea central del eje como son

las componentes axiales de las fuerzas sobre engranes helicoidales sinfines y coronas y

engranes cónicos. El desaliniamiento se refiere a la desviación angular de la línea

central del eje en el rodamiento, respecto al eje real del mismo. (Mott, 2006)

2.6 Adquisición y Acondicionamiento de Señales

La señal de salida del sensor de un sistema de medición en general se debe procesar de

una forma adecuada para la siguiente etapa de la operación. La señal puede ser, por

ejemplo, demasiado pequeña, y sería necesario amplificarla; podría contener

interferencia que eliminar; ser no lineal y requerir su linealización; ser analógica y

requerir su digitalización, ser digital y convertirla en analógica; ser un cambio en el

valor de la resistencia, y convertirla a un cambio en corriente; consistir en un cambio de

voltaje y convertirla en un cambio de corriente de magnitud adecuada, etc. A todas estas

modificaciones se les designa en general con el término acondicionamiento de señal.

2.6.1 Circuitos puente

Los circuitos puente de varios tipos son muy utilizados para la medición de resistencia,

capacitancia e inductancia. Puesto que se ha visto que muchos transductores convierten

53

alguna variable física en cambio de resistencia, una capacitancia o una inductancia, los

circuitos puente son de interés considerable.

El puente de wheatstone

El circuito de puente de wheatstone consiste de cuatro elementos resistivos con

excitación de voltaje aplicado en las puntas del puente. Las galgas extensiométricas

pueden ocupar uno, dos o cuatro brazos del puente, completando con resistencias fijas

los brazos que sobran.

Figura 2-11 Arreglos de puente de celdas de carga


54

Dependiendo de la cantidad de sensores de deformación activos en el arreglo de la celda

de carga se determina la sensibilidad frente a los pequeños cambios en la resistencia del

transductor ∆R, duplicándose la sensibilidad al duplicarse la cantidad de sensores.

El puente más simple mostrado en la figura 2.11 (a) consiste de un único elemento

variable, cuya resistencia es R + ∆R, un sensor de temperatura y 2 ramas cuyas

resistencias son R. Obteniéndose de esta manera una salida <= − <> = < ∆@A@B>∆@ ≅ < ∆@A@.

Si ∆R«R, la sensibilidad es 1/4.

La configuración de dos sensores de deformación, colocados en ramas opuestas y de 2

sensores de temperatura colocados cada uno en las ramas que faltan para completar el

puente, se observan en la figura 2.11 (b). La salida será <= − <> = < ∆@>@B>∆@ ≅ < ∆@>@. Si

∆R«2R, la sensibilidad es casi 1/2.

Cuando se colocan sensores de deformación en todas las ramas, con un par

respondiendo en dirección opuesta a la del otro, figura 2.11(c). La salida de este arreglo

será <= − <> = ∆@@ . Obteniendo una sensibilidad de 1. Así la señal de salida relativa a la

tensión de excitación es igual al cambio relativo de voltaje. (Coughlin, 1999).

Las celdas de carga comerciales que se pueden encontrar en el mercado generalmente

contienen galgas extensiometricas colocadas como en el arreglo (c) de la figura 2-11, las

mismas que se utilizaran para el prototipo.

2.6.2 Acondicionamiento de señal

En el acondicionamiento de la señal de las celdas de carga se encuentran presentes las

siguientes etapas:

- Excitación

55

- Filtrado.

- Amplificación.

- Multiplexión.

Excitación

En ciertos casos para acondicionar una señal hay que generar algún tipo de excitación

existen algunos transductores, como galgas extensiométricas, termistores o RTD, que

necesitan de la misma, bien por su constitución interna, o por la configuración con que

se conectan.

En el caso que nos compete como es el de las celdas de carga el voltaje de excitación

fluctúa entre 5 a 15 voltios sea este corriente continua o alterna.

El voltaje recomendado por el fabricante está entre 5 y 12 voltios teniendo un voltaje

máximo de 18 voltios. Mientras mayor sea el voltaje de excitación mayor será el rango

de salida a plena carga ya que depende de la relación mV/V de la celda.

Amplificación

Es el tipo más común de acondicionamiento. Para conseguir la mayor precisión posible

la señal de entrada debe ser amplificada de modo que su máximo nivel coincida con la

máxima tensión que el convertidor pueda leer.

- Amplificadores de instrumentación.

El amplificador de más utilidad en la medición, instrumentación y control es el

amplificador de instrumentación. Se construye por medio de varios amplificadores

operacionales y resistencias de precisión; gracias a ello, el circuito resulta muy estable y

útil en donde es importante la precisión. (Coughlin, 1999)

Existen equipos en la industria, en equipos de electromedicina, y en equipos en otras

muchas aplicaciones, la necesidad de medir señales muy pequeñas del orden de los

microvoltios o pocos milivoltios en la presencia de comparativamente grandes señales

de ruido provenientes de distintas fuentes. Para realizar las mediciones estos deberán

utilizar en su entrada Amplificadores de Instrumentación con una adecuada Relación

Rechazo de Modo Común (CMRR).

El amplificador de instrumentación está formado por tres amplificadores operacionales

y siete resistencias, c

amplificador operacional de hecho se arma conectando un amp

amplificador diferencial básico. Entre sus características tenemos:

1. La ganancia de voltaje, desde la entrada diferencial (E

se define por medio de una sola resistencia.

2. La resistencia de entrada de las

varié la ganancia

3. V0 no depende del voltaje común de E

diferencia. (Coughlin, 1999)

56






echazo de Modo Común (CMRR).


y siete resistencias, como se aprecia en la figura 2.12, se puede observar que el

amplificador operacional de hecho se arma conectando un amplificador acoplado con un

amplificador diferencial básico. Entre sus características tenemos:

La ganancia de voltaje, desde la entrada diferencial (E1 –

se define por medio de una sola resistencia.

La resistencia de entrada de las dos entradas es muy alta u no cambia aunque

varié la ganancia.

no depende del voltaje común de E1 yE2 (voltaje de modo común), solo de su

(Coughlin, 1999)

Figura 2-12 Amplificador diferencial







, se puede observar que el

lificador acoplado con un

E2) a la salida simple,

dos entradas es muy alta u no cambia aunque

(voltaje de modo común), solo de su

Amplificador diferencial


57

Rechazo de Modo Común.- Los Amplificadores de Instrumentación amplifican la

diferencia entre las dos señales de entrada. Estas señales diferenciales en la práctica

provienen de sensores como son termocuplas, fotosensores, puentes de medición

resistivos, etc. Mientras el puente resistivo se encuentre en estado de equilibrio sin

señal, en la mitad de las ramas del puente existe una señal de voltaje respecto a masa,

que es común a ambas entradas por lo cual es llamada Voltaje de Modo Común de la

señal diferencial. Se pueden ver que estas señales no contienen información útil en lo

que se quiere medir y como el amplificador amplificará la diferencia de ambas, al ser

iguales, se restan y a la salida el resultado será cero por lo tanto de forma ideal no están

contribuyendo a la información de salida. Además se inducirán señales de corriente

alterna en ambas entradas a la vez y que serán rechazadas como en el caso de la

continua. Pero al producirse un desbalance del equilibrio del puente por la variación de

una de sus resistencias se producirá una señal que será aplicada entre ambas entradas y

será amplificada. Para rechazar este tipo de señales que entran en modo común es

necesario el uso de amplificadores de instrumentación. En la práctica, las señales de

modo común nunca serán rechazadas completamente, de manera que una pequeña parte

de la señal indeseada contribuirá a la salida.

En el mercado existen gran variedad de amplificadores de instrumentación

encapsulados, en los cuales generalmente se utiliza una resistencia externa para definir

la ganancia del mismo. El esquema clásico de un amplificador de este tipo se muestra en

la figura 2.13 para una entrada con un Puente de Wheatstone que es el caso del que nos

ocupa para la celda de carga. (Coughlin, 1999)

58

Figura 2-13 Esquema básico de medición utilizando el amplificador AD620


Filtrado

En cierto tipo de aplicaciones existe la presencia de ruido de alta frecuencia que puede

ser causado por la fuente de alimentación o interferencias de radio frecuencia. Una

pequeña parte de este ruido no es eliminado por el amplificador, más bien es rectificado

y amplificado, provocando un error en el voltaje DC a la salida; esto se debe a que aún

los mejores amplificadores de instrumentación no tienen rechazo al modo común a

frecuencias sobre los 20 Khz., haciendo así necesario el uso de un filtro.

Los filtros son circuitos que permiten el paso de una determinada banda de frecuencias

mientras atenúan las señales que no estén comprendidas dentro de esta banda. Existen

filtros activos y pasivos. Los filtros pasivos solo tienen resistencias, inductores y

capacitores. En los filtros activos, se utilizan transistores o amplificadores operacionales

además de resistencias, inductores y capacitores. (Coughlin, 1999)

Existen cuatro tipos de filtros: pasa bajas, pasa altas, pasa banda y de eliminación de

banda. En la figura 2.14 se pueden observar las graficas de la respuesta a la frecuencia

de estos filtros.

59

Figura 2-14 Respuesta a la frecuencia de cuatro tipos filtros.


Los filtros pasa altas atenúan el voltaje de salida de todas las frecuencia que están por

debajo de la frecuencia de corte ƒc. Para frecuencias superiores a ƒc, el voltaje de salida

es constante. Mientras que los filtros pasabajas funcionan de forma contraria, es decir

atenúan o eliminan las frecuencias que están por encima de la frecuencia de corte. En la

figura 2.14 (a) y (b) se aprecian las gráficas de los filtros pasa bajas y pasa altas

respectivamente. La línea contínua corresponde a la curva ideal, mientras que las líneas

punteadas muestran la diferencia de los filtros reales de la situación ideal.

Los filtros pasa banda solo dejan pasar una banda de frecuencias mientras atenúan las

demás frecuencias que están fuera de la banda. Los filtros de eliminación de banda

funcionan justamente de la forma contraria; es decir, los filtros de eliminación de banda

rechazan determinada banda de frecuencias, en tanto que pasan todas las frecuencias

que no pertenecen a la banda. En la figura 2.14 (c) y (d) se muestran las graficas de

60

respuesta a la frecuencia características de filtros pasa banda y de eliminación de

bandas. (Coughlin, 1999)

El filtro más conveniente a utilizar dentro de este tipo de aplicaciones es un pasa bajo

tanto para el modo diferencial como para el modo común, que debe ser colocado antes

del amplificador para evitar la rectificación de la señal de ruido en la etapa de entrada,

de la siguiente manera.

Figura 2-15 Configuración del filtro del amplificador de instrumentación para atenuar

interferencia RF

Fuente: (Analog Devices, 2004)

Con el objetivo de aumentar la resolución del conversor Análogo / digital del

microcontrolador que procesará los datos, es necesario realizar una etapa de

multiplexión de la señal luego de haber sido amplificada y filtrada, esto se tratará con

mayor detalle más adelante en la parte de conversión A/D del microcontrolador.

2.7 Digitalización de la señal e Interfaz con el usuario

Luego de que la señal proveniente de las celdas de carga ha sido filtrada y amplificada,

es necesario convertirla y procesarla para que pueda ser entendida por el usuario, esto se

puede realizar por medio de varios medios como un PLC, microcontroladores, a través

61

de un computador, entre otras. Pero en este caso se utilizará un microcontrolador,

debido a que su capacidad de procesamiento es suficiente para esta aplicación, su gran

versatilidad en cuanto a programación, su fácil instalación y su bajo costo.

La interfaz con el usuario se lo puede realizar a través de un módulo LCD donde se

mostrarán los resultados del peso del paciente, mediante una conexión RS232 los datos

obtenidos serán enviados hacia un computador para ser almacenados y manipulados.

2.7.1 Microcontroladores

Un microcontrolador es un circuito integrado, en cuyo interior posee toda la arquitectura

de un computador, esto es CPU, memorias RAM, EEPROM, circuitos de entrada y

salida, en el mercado existen gran cantidad de microcontroladores disponibles, con

diferentes características, funciones, tamaños y precios, pero la gran mayoría comparten

algunas características comunes.

La gran parte de microcontroladores disponibles en el mercado están basados en

arquitectura Harvard, este tipo de arquitectura se caracteriza por la independencia entre

la memoria de código y la de datos. Así, tanto la capacidad como el tamaño de los buses

de cada memoria se adaptan estrictamente a las necesidades del diseño, facilitando el

trabajo en paralelo de las dos memorias, lo que permite obtener altas cotas de

rendimiento. De forma general poseen un reducido número de instrucciones que forman

su repertorio, que se ejecutan en un ciclo de instrucción, equivalente a cuatro períodos

de reloj, excepto las de salto que necesitan dos ciclos.

62

Figura 2-16 Arquitectura Harvard simplificada para los microcontroladores

Fuente: (Angulo Usategui, Romero Yesa, & Angulo Martínez, 2006)

- Organización de la memoria

En los microcontroladores por lo general existen tres bloques de memoria. La memoria

de programa y la memoria de datos.

La memoria de programa también es conocida como memoria de instrucciones, aquí se

escribe las órdenes para que el CPU las ejecute.

La memoria de datos tiene posiciones implementadas en RAM y otras en EEPROM. La

memoria RAM, o memoria de acceso casual, es una memoria volátil, en esta se alojan

los registros operativos fundamentales del funcionamiento del procesador y el manejo

de todos sus periféricos, además de registros que el programador puede usar para

información de trabajo propia de la aplicación.

El otro tipo de memoria es una memoria auxiliar no volátil llamada EEPROM, esta

memoria puede ser accedida por el usuario mediante programación, es muy útil para

almacenar datos que el usuario necesita que se conserven sin necesidad de que el

63

dispositivo se encuentre alimentado. (Angulo Usategui, Romero Yesa, & Angulo

Martínez, 2006)

Al haber analizado las principales características de los microcontroladores se escoge el

microcontrolador PIC 16F877A, por su velocidad de procesamiento además de poseer

una resolución relativamente alta en lo que a la conversión análoga – digital (A/D) se

refiere, y que es necesaria para este proyecto, el modulo A/D posee 2 comparadores

análogos, y posibilita habilitar un voltaje de referencia diferente al de alimentación del

PIC con lo que se logra aun más aumentar la resolución del conversor, además el

modulo USART es necesario ya que permitirá la comunicación serial del

microcontrolador con la computadora.

- Características Generales del PIC

Las principales características de este microcontrolador se muestran en la tabla:

Tabla 26 Características del microcontrolador PIC 16F877A

Características

Frecuencia de Operación DC – 20MHz Resets (y Delays) POR, BOR (PWRT, OST) Memoria Flash (bytes) 8K Memoria de datos (bytes) 368 Memoria EEPROM (bytes) 256 Interrupciones 15 Puertos I/O Puertos A, B, C, D, E Temporizadores 3 Módulos PWM/Captura/Comparación 2 Comunicaciones seriales MSSP, USART Modulo Análogo-Digital de 10 bit 8 canales de entrada Comparadores Análogos 2 Número de instrucciones 35 instrucciones

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Datasheet PIC16F877A

Conversión Análogo/Digital

El PIC16F877A ofrece 8 canales

sucesivas, localizados en los pines del puerto A y E. Este conversor permite la entrada

de voltaje referido al terminal de tierra o voltaje diferencial

el valor mínimo está da

menos 1 LSB. Aprovechando la característica del valor máximo de conversión, se puede

mejorar la resolución del ADC aumentando 1 bit al conversor a través de la utilización

de dos canales. Esto se

seguidores de tensión.

- Amplificador diferencial

El amplificador diferencial amplifica la diferencia entre dos voltaj

figura 2.17 se muestra el circuito correspondiente.

La ecuación del voltaje de salida para el amplificador es la siguiente:

DE = FF8 (DLa ecuación (2.12) muestra que el voltaje de sali

proporcional a la diferencia del voltaje aplicado a las entradas del amplificador (+) (

Al multiplicador R2/R

64

Análogo/Digital

El PIC16F877A ofrece 8 canales para conversión A/D de 10 bits por aproximaciones


de voltaje referido al terminal de tierra o voltaje diferencial, con el cual

el valor mínimo está dado por GND y el máximo por el voltaje diferencial



nales. Esto se logra al utilizar un arreglo de amplificadores diferenciales y

seguidores de tensión.

Amplificador diferencial

El amplificador diferencial amplifica la diferencia entre dos voltaj

se muestra el circuito correspondiente.

Figura 2-17 Amplificador diferencial


D − D8) Ecuación (2-12

amplificador diferencia

La ecuación (2.12) muestra que el voltaje de salida del amplificador diferencial

a la diferencia del voltaje aplicado a las entradas del amplificador (+) (

/R1 se le denomina ganancia diferencial.

de 10 bits por aproximaciones


, con el cual en la conversión

GND y el máximo por el voltaje diferencial en RA3



un arreglo de amplificadores diferenciales y

El amplificador diferencial amplifica la diferencia entre dos voltajes de entrada. En la



) Voltaje de salida del amplificador diferencia

da del amplificador diferencial GH, es

a la diferencia del voltaje aplicado a las entradas del amplificador (+) (-).

65

- Seguidor de voltaje

También llamado amplificador de ganancia unitaria o amplificador de aislamiento, en la

figura 2.18 se observa el circuito correspondiente. Con este amplificador tenemos que el

voltaje de salida es igual al voltaje de entrada, así GH = </. Figura 2-18 Seguidor de voltaje


La razón para utilizar un voltaje de referencia externo y no el del microcontrolador, es la

necesidad de que el voltaje restado del acondicionador y RA3 tengan el mismo valor,

para repartir la señal entre ambos canales sin perder valores en el proceso.

Como referencia de voltaje se puede utilizar el diodo referencia LM336-2.5V o su

equivalente NTE952. Este circuito integrado opera como un diodo zener de 2.5V de

bajo coeficiente de temperatura con 0.2Ω de impedancia dinámica. Para reducir al

mínimo el coeficiente de temperatura el fabricante recomienda agregar dos diodos en

serie con un potenciómetro de ajuste, tal como en el circuito de la figura 2.19.

Figura 2-19 Referencia 2.5V con coeficiente mínimo de temperatura.

Fuente: (Datasheet Catalog, 1995)

66

2.7.2 Manejo del módulo LCD

Los módulos LCD, son utilizados para mostrar mensajes cortos que indican información

al operario sobre el estado de la maquina, para dar instrucciones de manejo, mostrar

valores, facilitando así la comunicación entre las maquinas y los humanos, este puede

mostrar cualquier carácter ASCII, y su consumo de energía es muy bajo.

Figura 2-20 Pantalla LCD 2x16

Fotografiado por: Patricio Cevallos A.

Esto lo puede realizar gracias a que lleva integrado a sus circuitos una memoria ROM

conocida como “generador de caracteres” que crea los patrones de la matriz de puntos

para formar los caracteres en la pantalla. También tiene una RAM interna que almacena

los caracteres y los exhibe. Uno de los controladores más comunes para LCD es el

Hitachi HD44780, que se ha convertido en un estándar con funciones imitadas por la

mayoría de fabricantes. (Reyes, 2006)

La conexión del LCD se lo realiza a través de 16 pines, de los cuales 8 son para líneas

de datos, 3 para líneas de control, 2 para la alimentación del LCD, 2 para la

alimentación del backlight y 1 para el ajuste del contraste. Puede operar en modo de 8

bits o en modo de 4 bits para el envío de datos e instrucciones desde el microcontrolador

al modulo LCD.

67

2.7.3 Comunicación Serial.

La comunicación serial es una forma muy apreciada de transferir datos digitales entre

sistemas o circuitos integrados, dada la reducida cantidad de líneas que precisa. El

puerto serial envía y recibe bytes de información un bit a la vez. Aun cuando esto es

más lento que la comunicación en paralelo, este método es más sencillo de implementar

y puede alcanzar mayores distancias. (National Instruments, 2009)

Existen dos formas de realizar la comunicación serial: la síncrona y la asíncrona, la

diferencia entre estas dos formas de comunicación es que la comunicación sincrónica

además de la línea para la transmisión de datos, necesita otra línea que contenga los

pulsos de reloj, estos indican cuando un dato es válido. Por otra parte la comunicación

serial asíncrona no necesita pulsos de reloj, en su lugar utiliza mecanismos como

referencia a tierra o voltajes diferenciales, donde la duración de cada bit es determinada

por la velocidad transmisión de datos definida previamente entre ambos equipos.

Para este tipo de comunicación el PIC a utilizar tiene un dispositivo destinado a este

propósito el modulo USART el cual permitirá establecer comunicación serial del PIC

con algún otro dispositivo.

- Comunicación RS232

La norma RS232 ha sido ampliamente utilizada en los computadores, también conocido

como puerto serial, y es utilizada para la comunicación con otras computadores, así

como con algunos periféricos, aunque en la actualidad va siendo remplazada por

tecnologías USB, pero el uso de este protocolo se justifica en esta aplicación ya que no

se necesita de mayor velocidad de transmisión, además de su fácil implementación y de

necesitar menos component

serial.

Figura

La señal permanecerá en un nivel lógico alto mientras no se realiza transferencia de

datos. Al empezar con la transmisión de datos el transmisor coloca la

durante el tiempo de un bit (este dependerá de la velocidad a la cual se esté trabajando),

este se llama el bit de arranque, seguidamente se empieza a transmitir con el mismo

intervalo de tiempo los bits de datos, que pueden ser de 7 u

transmisión de datos

pueden ser 1 o 2, luego la señal vuelve a un esto lógico alto, y el transmisor estará listo

para enviar el siguiente dato.

Al no estar sincroniz

que empieza la transmisión, por lo que siempre debe estar en

estado, esperando el bit de arranque, una vez que se da este bit, empieza a recibir los

datos hasta el bit de parada,

Para que la lectura sea correcta, tanto el emisor como el receptor deberán estar

configurados a la misma velocidad y demás parámetros y estar a una distancia menor a

2 metros, ya que si la distancia es mayor existe el riesgo de que la señal se distorsione y

68

necesitar menos componentes. El siguiente gráfico representa la forma de

Figura 2-21 Estructura de un dato enviado forma serial


datos. Al empezar con la transmisión de datos el transmisor coloca la



intervalo de tiempo los bits de datos, que pueden ser de 7 u 8 bits. Para finalizar la

transmisión de datos se envía el bit de paridad y por último los bits de parada, que


para enviar el siguiente dato.

Al no estar sincronizado el receptor con el transmisor, este desconoce el momento en

que empieza la transmisión, por lo que siempre debe estar en

el bit de arranque, una vez que se da este bit, empieza a recibir los

parada, y el proceso se vuelve a repetir.



la distancia es mayor existe el riesgo de que la señal se distorsione y

la forma de comunicación

Estructura de un dato enviado forma serial

Fuente: (Reyes, 2006)


datos. Al empezar con la transmisión de datos el transmisor coloca la señal en nivel bajo



8 bits. Para finalizar la

y por último los bits de parada, que


ado el receptor con el transmisor, este desconoce el momento en

espera del cambio de

el bit de arranque, una vez que se da este bit, empieza a recibir los



la distancia es mayor existe el riesgo de que la señal se distorsione y

69

se pierda, para cubrir distancias mayores es necesario utilizar el protocolo de

comunicación RS232 el cual establece los siguientes niveles de voltaje:

- Un “1” lógico es un voltaje comprendido entre -5V y -15V en el transmisor y

entre -3V y -25V en el receptor.

- Un “0” lógico es un voltaje comprendido entre +5V y +15V en el trasmisor y

entre +3V y +25V en el receptor, es decir un lógica inversa.

Como el PIC trabaja con lógica TTL, es decir con voltajes de 0 a 5V para cero y uno

lógicos, y el computador usa +12V y -12V para cero y uno lógicos respectivamente,

esto hace imposible la recepción y el envió de datos directamente entre ambos, para lo

cual es indispensable transformar de niveles TTL a niveles RS232 y viceversa, además

debe realizarse la inversión del cero y el uno. Para solucionar este problema se debe

diseñar un circuito que realice esta transformación o a su vez utilizar un integrado que

haga lo mismo, para esta aplicación se prefiere utilizar el integrado MAX232 el cual es

el encargado de realizar esta transformación, y permitir la comunicación entre la

computadora y el microcontrolador. En la figura 2.22 se muestra la distribución de pines

de este integrado.

Figura 2-22 Distribución de pines del integrado MAX232

Fuente: (MAXIM, 2006)

70

CAPÍTULO III

3. METODOLOGÍA

3.1 Análisis de requerimientos

Los requerimientos del proyecto se detallan en el siguiente cuadro:

Tabla 27 Requerimientos del proyecto

Cama para cuidados intensivos

Requerimientos

Descripción:

1.- Cama con sistema eléctrico-mecánico para su operación. 4 motores lineales con carreras del pistón escogidos de acuerdo a la geometría existente de la cama, que permitirán que esta realice los diferentes movimientos.

2.- Voltaje de entrada 120 V AC a 60 Hz.

3.- Voltajes de salida CC para funcionamiento: 24V, +12V, -12V, +5V

4.- Sistema de respaldo con batería recargable para todos los movimientos en caso de falta del suministro eléctrico.

5.-Control de mano para los movimientos de las distintas posiciones de la cama.

6.- Posiciones:

6.1.- Posición Fowler o espalda de 60º o mayor.

6.2.- Trendelenburg de 12º o mayor. 6.3.- Trendelenburg inverso de 12º o mayor.

6.4.- Posición de silla cardíaca. 6.5.- Altura ajustable que cubra el rango 45 cm a 65 cm (medido de la plataforma de la cama al piso).

7.- Sistema de frenado y direccionamiento, individual. 8.- Dimensiones: Las dimensiones del lecho de la cama no serán modificadas del modelo manual el cual posee las siguientes: Ancho: 90 cm Largo. 190cm

9.- Cubierta radio transparente a lo largo de todo el lecho de la cama que permita la toma de rayos X al paciente, mediante un equipo

Pag 1

71

Cama para cuidados intensivos

Requerimientos

portátil.

10.- Piecero y cabecera de material resistente al alto impacto, que sean fácilmente desmontables. 11.- Capacidad máxima de carga 400 kg incluyendo toda estructura.

12.- Superficie de la cama rígida.

13.- Lecho de la cama divido en 4 planos móviles.

14.- Báscula integrada

14.1- Báscula digital que soporte al menos 300 Kg de peso o mayor (solo peso de paciente).

14.2.-Exactitud de +/- 1 Kg.

14.3.- Con tara (ajuste a cero).

14.4.- Control de la balanza a través de un microcontrolador, que permita la visualización del peso y la transmisión de los datos obtenidos.

15.- Uso de 4 celdas de carga como sensores de peso.

16.- Construcción de una base rígida, sobre la cual se colocaran las celdas de carga, este requerimiento es muy importante debido a que la base no debe flejar para no alterar las mediciones en las celdas de carga.

16.-Capacidad de colocar el poste porta soluciones.

17.- Alarma audible en caso de ausencia de paciente.

18.- Conexión serial RS 232 con una PC.

19.- Software que permita la visualización del peso y el control de la balanza desde la PC.

20.- Las ruedas sobre las que estará asentada la estructura deberán soportar todo el peso de la cama y el paciente, además de contar con freno individual.

21.- Las diferentes superficies de la cama deben ser resistentes para una adecuada limpieza y desinfección, que evite contagios a los pacientes.


Pag 2

72

3.2 Diseño simultaneo de componentes

Cada uno de los componentes de la cama se diseñan de forma continua y simultanea ya

que uno es complemento de otro y todos juntos formarán el prototipo. El flujograma de

diseño se aprecia en el anexo 4.

3.2.1 Análisis de Celdas de Carga

Especificaciones:

Tabla 28 Especificaciones de la celda de carga a utilizar. Sensitividad de salida ( = FS ) mV/V 2.0 ± 0.2 Capacidad máxima (Emax) kg 200

Error combinado %FS ± 0.0200 Carga mínima kg 0

Limite de carga % de Emax 150 % Limite de ruptura % de Emax 300 % Zero balance of FS < ± 2.0 %

Voltaje de excitación recomendado V 5 ~ 12 Impedancia de entrada Ω 406 ± 6

Impedancia de salida Ω 350 ± 3 Construcción Aluminio Tipo de compensación Puente balanceado

Torque para fijación recomendado Nm 10 Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Zemic Europe

Los datos suministrados por el fabricante se pueden interpretar de la siguiente forma:

La sensitividad indica el voltaje que entrega el circuito de la celda de carga por cada

voltio de excitación, cuando está sometida al peso máximo. La celda será alimentada

con 5 voltios el cual está en el rango dado por el fabricante. Con la siguiente ecuación se

puede calcular la señal que entregará cada celda:

Señal Max=Sensitividad x V. Excitación Ecuación (3-1) Señal máxima Señal Max. = 2 RmVV U ∗ 5XVY = 10mV

73

El voltaje máximo de la señal será 10 mV, cuando el peso en cada celda sea de 200 Kg.

Al estar conectadas 4 celdas en paralelo serian capaces de pesar hasta 800 kg, pero el

diseño únicamente será para pesar hasta 400kg obteniendo así una señal máxima de

5mV, ya con este valor se procederá a diseñar más adelante el acondicionamiento de la

señal. Para encontrar el aumento de voltaje por cada kilogramo tenemos:

Señal = (Sensitividad ∗ V. Excitación) capacidad total Ecuación (3-2)Relación peso voltaje

Señal = f2 gmVV h ∗ 5XVYi800XkgY Señal = 0.0125 RmVkg U

Así para encontrar la señal de una carga cualquiera se debe únicamente multiplicar 0.05

por el valor de la carga deseada; gracias a esto podemos obtener una curva de

funcionamiento para determinar el verdadero comportamiento de la celda.

La capacidad máxima es el peso máximo al que se puede someter a la celda e incluye el

peso muerto, el peso neto máximo y la tolerancia.

Capacidad = Peso Muerto + Peso Neto Max. + Tolerancia Ecuación (3-3) Capacidad máxima

Los límites de carga y de ruptura obedecen al comportamiento de la celda misma, los

valores que se presentan a continuación son para cada una de las celdas de carga:

Limite de carga = 1.5 ∗ (200XkgY) = 300XkgY Limite de ruptura = 3 ∗ (200XkgY) = 600XkgY

Al unir las cuatro celdas de carga los valores antes presentados se cuadriplican.

74

El circuito de compensación es un puente balanceado, esto implica que se tiene dos

galgas, una en operación como sensor y otra para compensación de temperatura que no

aporta a la medición. Estas dos galgas se localizan en un cuarto puente de wheatstone en

la celda, al cual se accede mediante cuatro cables codificados por colores. Los cables

rojo y negro se conectan a la excitación del puente y en los cables verde y blanco se

tiene las señales de medición positiva y negativa respectivamente, el quinto cable el de

recubrimiento no está conectado al elemento y este únicamente sirve disminuir el ruido

que puede afectar a la señal. A continuación se muestra el esquema de conexión de las

celdas.

Figura 3-1 Diagrama de conexión de la celda de carga

Fuente: (Zemic Europe, 2010)

El cable del blindaje (shield) de la celda de carga puede ser conectado directamente a la

tierra del circuito, si es necesario mejorar el rechazo en modo común, se debe conectar

este cable a los pines de la resistencia de ganancia a través de protectores de datos como

se muestra en la siguiente figura.

Figura 3-2 Conexión del cable de blindaje en Modo común


75

3.2.2 Análisis Amplificador de Instrumentación

Se utilizará para amplificar la señal proveniente de las celdas de carga el amplificador

de instrumentación AD620, se escogió este integrado, ya que cuenta con varias

características que la dan buena precisión, una buena CMRR y su costo es accesible. La

distribución de pines del encapsulado AD620 es la siguiente:

Figura 3-3 Distribución de Pines del AD620


La distribución de pines del AD620 consta en la figura 3.3. La resistencia Rg se coloca

entre los pines 1 y 8, la salida puede medirse entre los pines 6 y 5, la alimentación

positiva entra en el pin 7 y la negativa en el pin 4.

Como ya se mencionó el valor de la señal entregada por las celdas de carga cuando estas

soporten un peso máximo de 400kg será de 5mV. Con este valor de señal procedemos a

calcular la ganancia del amplificador así:

r = GsGtu = 5XGY5XvGY = 1000 Ecuación (3-4) Ganancia del

amplificador AD620

Con el valor de la ganancia y la ecuación dada por el fabricante se calcula la resistencia

externa Rg del amplificador así:

wx = 49.4 Ωr − 1 Ecuación (3-5) Cálculo de la resistencia para ganancia del

amplificador wx = 49.4 Ω999 = 49.44Ω

76

Tomando el valor normalizado más próximo tenemos: wx ≈ 51Ω

La ganancia de acuerdo a la ecuación 3.4 sería:

r = 49.4 Ωwx + 1

r = 49.4 Ω51 + 1 = 969.63

Todo amplificador de instrumentación rectifica pequeñas señales fuera de banda. La

alteración puede aparecer como una pequeña variación de voltaje dc. Las señales de alta

frecuencia pueden ser filtradas con un filtro R-C pasa bajos, localizado a la entrada del

amplificador de instrumentación. La configuración de este filtro se puede observar en la

figura 2.14.

El filtro limita la señal de entrada de acuerdo a la siguiente relación, recomendada por

el fabricante del dispositivo: (Analog Devices, 2004)

~ = 12w(22 + 2) Ecuación (3-6) Ancho de banda

modo diferencial

~ = 12w2 Ecuación (3-7) Ancho de banda modo común

Donde 2 ≥ 1023

2 afecta la señal diferencial. 23 afecta la señal en modo común. Cualquier

desequilibrio en la impedancia en w × 23 puede degradar el rechazo en modo común

(CMRR) del amplificador. Para prevenir una reducción inadvertida del desempeño del

ancho de banda – CMRR, se debe asegurar que 23 es por lo menos una magnitud mas

pequeña que 2. El efecto del desequilibrio de 2 se reduce con una amplia relación

entre 2: 2.

77

Con la gráfica típica de las características CMRR del amplificador (figura 3.4)

proporcionada por el fabricante se procede a buscar la frecuencia de corte:

Figura 3-4 Curva típica de CMRR vs. Frecuencia, con relación a la entrada


La ganancia para el amplificador será de 969.63 y el valor más cercano en las curvas

mostradas en la figura 3.4 es una curva con ganancia de 1000

Al calcular la frecuencia de corte para esta curva tenemos que:

Para un filtro pasa bajos con atenuación de -20dB/década. La frecuencia de corte (3)

será igual a la frecuencia correspondiente (eje x) para una relación de 0.707 de la curva

de ganancia G= 1000(eje y).

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: (Analog Devices, 2004)

Así tenemos:

3 ≈ 3

Curva de ganancia = 1000 Relación de 0.707

con respecto al valor

en dB de la curva

78

Para el modo diferencial, se busca no sobrepasar los valores recomendados por el

fabricante para los resistores y capacitores. Se escogió una frecuencia de corte 50Hz en

modo diferencial. El resto de frecuencias se eliminan en el amplificador de

instrumentación o mediante un filtro digital implementado en el microcontrolador.

Con los valores de frecuencia tanto para modo común, como para el modo diferencial,

se seleccionara primero las resistencias de entrada, para esto: R = 22kΩ. Mediante la

ecuación se calcula el valor de los capacitores 23.

Despejando 23 de la ecuación 3.7 tenemos:

2 = 12w(~)

2 = 12(22Ω)(3)

2 = 2411.4

Tomando el valor normalizado más próximo tenemos 2 ≈ 2200

Con el valor de 2 se procede a calcular el valor de 2 despejando de la ecuación 3.6:

2 = 1 − 2w(~)24w(~)

2 = 1 − 2(22Ω)(50)(2200)4(22Ω)(50)

2 = 71000

Tomando el valor normalizado más próximo tenemos 2 ≈ 68000.

Los anchos de banda calculados con las capacitancias 2 y 2 seran:

~ = 12(22Ω)(2(68) + 2200) = 52.34ℎ

Además el fabricante recomienda agregar un capacitor de 0.1µF y uno de 10µF en los

pines de alimentación para atenuar el efecto del rizado de la fuente. El diseño final del

amplificador quedaría como se muest

3.2.3 Análisis del Multiplexor de la señal

La señal amplificada será repartida entre dos de las entradas del conversor

análogo/digital del pic

(RA3), con el objetivo de aumentar la resolución del conversor.

Para esta etapa se utilizara el operacional TL084, que incorpora cuatro amplificadores

operacionales con entradas J

entrada, y bajas corrientes de salida, su esquema de conexión es el siguiente:

Figura

El canal RA0 recibe todo el voltaje del acondicionador, pero solo convertirá valores de

0 a 2.5V, si los valores provenientes del amplificador son mayores a 2.5V serán

convertidos a través del canal RA1, gracias a que está c

amplificadores que restan el valor del acondicionador menos la referencia de 2.5V.

Para esta operación es necesario el uso de amplificador diferencial

ecuación 2.12, encontramos el valor del voltaje de salida del amplificador:

79

~ = 12522Ω6522006 3.28#



ía como se muestra en la figura 2-14.

Multiplexor de la señal


análogo/digital del pic, (RA0 y RA1) y se colocará una referencia externa de voltaje

(RA3), con el objetivo de aumentar la resolución del conversor.


operacionales con entradas J-FET de alta velocidad, posee una alta impedancia de


Figura 3-5 Diagrama de conexión del integrado TL084

Fuente: (STMicroelectronics, 2001)



convertidos a través del canal RA1, gracias a que está conectado a un arreglo de


Para esta operación es necesario el uso de amplificador diferencial

, encontramos el valor del voltaje de salida del amplificador:




, (RA0 y RA1) y se colocará una referencia externa de voltaje


elocidad, posee una alta impedancia de


Diagrama de conexión del integrado TL084

(STMicroelectronics, 2001)



onectado a un arreglo de


Para esta operación es necesario el uso de amplificador diferencial. Utilizando la

, encontramos el valor del voltaje de salida del amplificador:

Como es necesario que el voltaje de entrada sea solo restado de la referencia y no

amplificado tenemos que:

Como referencia de voltaje tanto para

el diodo regulador de voltaje NTE952, que se describió en el capitulo anterior

es preciso utilizar amplificadores seguidores de voltaje para acoplar impedancias

quedando el circuito de la siguient

Se utiliza capacitores en alimentación positiva y negativa del integrado para filtrar el

ruido proveniente de la fuente.

80

GH w>w=

5G> 9 G=6


amplificado tenemos que:

w> w=

w> 270 Ω w=

Como referencia de voltaje tanto para el pic como para el circuito multiplexor se utiliza

el diodo regulador de voltaje NTE952, que se describió en el capitulo anterior


quedando el circuito de la siguiente manera:

Figura 3-6 Circuito multiplexor de señal

Elaborado por: Patricio Cevallos A.Fuente: Proteus ISIS 7

e utiliza capacitores en alimentación positiva y negativa del integrado para filtrar el

ruido proveniente de la fuente.


el pic como para el circuito multiplexor se utiliza

el diodo regulador de voltaje NTE952, que se describió en el capitulo anterior. Además



Proteus ISIS 7

e utiliza capacitores en alimentación positiva y negativa del integrado para filtrar el

81

3.2.4 Diseño y cálculo de los diferentes elementos de maquina

En lo que se refiere al diseño mecánico del proyecto se procederá con el diseño de los

ejes y brazos de palanca que permitirán la elevación y posiciones trendelenburg y

trendelenburg inverso de la cama.

El diseño de los diferentes elementos de máquina que componen el prototipo se los

realizará como carga estática ya que el movimiento de los mismos será lento, con

movimientos angulares pequeños, sin llegar a completar ni una vuelta, además cabe

recordar que la mayor parte del tiempo la cama permanecerá en una sola posición.

Diseño de columnas

El material a utilizar es un acero estructural ASTM A36.

Figura 3-7 Diagrama de fuerzas actuantes sobre los brazos.

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009

Trabajo critico de impulso parte de abajo.

2= 2>

2> 100 = 980

2> sin(14°) = 2>

2> = 4050.9

2> = = → = = 4050.9

= =

82

Obtenemos la carga crítica despejando de la ecuación 2.10:

. ∗

Como factor de diseño se escoge 3.

. 4050 ∗ 3 = 12150

Se procede a diseñar los brazos como columnas largas (ecuación 2.8):

. = (> ∗ < ∗ )(# ∗ ")>

Donde:

E = 207 Gpa módulo de elasticidad para aceros al carbón y aleados.

K= 2.1 ya que el brazo adopta la forma de Empotrado – libre.

L = 350mm.

H = 6B; la altura será igual a seis veces la base.

12150 = f> ∗ 207000 g vv>h ∗ i(2.1 ∗ 320XvvY)>

Despejando I tenemos que:

= 2685.62 vvA

Aplicando la ecuación obtenida del apéndice 1 para la inercia de un rectángulo tenemos:

= ~12

2685.62 vvA = ~12

Sí H = 6B entonces:

~(6~)12 = 2685.62 vvA

~A = 149.2 vvA

83

~ 3.5 vv

= 21 vv

Se calcula el radio de giro respecto al eje que produzca el valor menor; en este caso es

en el eje Y-Y para lo cual se utiliza la siguiente fórmula del anexo 1:

./0 = ~√12

./0 = 3.5√12

./0 = 1.01

Se obtienen la relación de esbeltez y la relación de esbeltez de transición y se

comprueba si el proceso de diseño fue correcto con las ecuaciones 2.6 y 2.7,

respectivamente:

.tóu = #"./0

.tóu = 2.1 ∗ 3201.01

.tóu = 665.34

23 = 2><¡

23 = ¢2> ∗ 207000 g vv>h248.21 g vv>h

23 = 128.3

Como: #"./0 > 23

665.34 > 23

84

De acuerdo a lo anterior se concluye que el proceso de diseño escogido fue el correcto.

- Dimensionado de las columnas

Área de la columna: £3 = ~3 ∗ 3 = 3.5vv ∗ 21vv = 73.5vv>

Con el área de la columna se busca en un catálogo de material la platina que tenga un

área igual o mayor a la ya obtenida. Además cabe anotar que el brazo será atravesado

por un eje de 30 mm de diámetro por lo cual habrá que sumar al área de la columna el

área transversal del eje. La platina deberá tener una altura mayor a 30mm para que

pueda ser atravesada por el eje, por este motivo se escogió del catalogo una platina de

50 x 6 mm.

Con los siguientes cálculos se comprobará si el tamaño escogido, satisface el diseño.

Área transversal de la platina: £¤ = ~¤ ∗ ¤ = 6vv ∗ 50vv = 300vv>

Área transversal del eje: £ = ~ ∗ = 6vv ∗ 30vv = 180vv>

Para que se satisfaga el diseño es necesario que el área de la platina sea mayor que el

área de la columna más el área trasversal del eje, esto se puede apreciar de mejor

manera en el siguiente gráfico:

Elaborado por: Patricio Cevallos A. £3 + £ < £¤

73.5 vv + 180 vv < 300 vv

Área Área Área

Figura 3-8 Área de la columna

85

Se comprobó que la platina de 50 x 6 mm. es la indicada para el diseño.

Cálculo de los ejes

- Procedimiento general de diseño

1. Especificar los objetivos y limitaciones del diseño.

2. Determinar el ambiente donde estará el elemento considerando todos los factores

que influirán sobre el mismo.

3. Determinar la naturaleza y las características de las cargas que va a soportar el

elemento, que puede ser: cargas estáticas, dinámicas, de choque o Impacto.

4. Determinar las características de las cargas y las condiciones de operación.

5. Analizar cómo se van a aplicar las cargas para determinar el tipo de esfuerzo

producido tal como: Esfuerzo Normal Directo, Esfuerzo flexionante, Esfuerzo

cortante directo, Esfuerzo cortante torsional o alguna combinación de esfuerzos.

6. Proponer la geometría básica del elemento.

7. Proponer el método de fabricación del elemento, prestando atención especial a la

precisión necesaria para diversos detalles y al acabado superficial que se desea.

8. Especificar el material de fabricación del elemento con sus condiciones.

9. Determinar las propiedades necesarias del material seleccionado como:

Resistencia de fluencia Sy, resistencia última detención Su, Modulo de

elasticidad, entre otras.

10. Especificar un factor de diseño adecuado N.

11. Determinar que método de análisis de esfuerzo se aplicará al diseño.

12. Calcular el esfuerzo de diseño adecuado para aplicar en el análisis de esfuerzos.

13. Determinar la naturaleza de todas las concentraciones de esfuerzos que puedan

existir en el diseño.

86

14. Especificar dimensiones adecuadas de todos los detalles del elemento.

15. Comprobar todas las hipótesis planteadas en el diseño para garantizar que el

elemento sea seguro y razonablemente eficiente.

Las fuerzas aplicadas sobre el eje se encuentran el plano YZ por lo cual se proceda a

descomponer las mismas sobre cada uno de los planos.

Se realiza la sumatoria de momentos en el eje Z para obtener las reacciones en los

apoyos:

¥ ¦§¨ 2©5650) − 980(575) − 2002,84(325) − 980(75) = 0

2© = 1981.42 = 2A©

Con estas reacciones se dibuja el diagrama de momento cortante:

Figura 3-9 Diagrama de Momento Cortante eje Z

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: MDesing

Se calculan los momentos torsores y se representan el la gráfica

¦= = 2©(75vv) = 148606,5 . vv

¦© = 2©(325vv) − ©(250) = 39861,5 . vv

980 2002,84

980

A B

C3z C4z

P3z P4z

FMz

87

Figura 3-10 Diagrama de Momento Flexionante eje Z


De la misma manera se realiza la sumatoria de momentos en el eje Y obteniendo:

¥ ¦§¨ 2«5650) + 3930(575) − 5655,84(325) + 3930(75) = 0

2« = −1102,78 = 2A«

Figura 3-11 Diagrama de Momento cortante eje Y


980 2002,84

980

A B

C3z C4z

P3z P4z

FMz

3930

5655,8

3930 A B

C3y C4y

P3z P4z

FMy

88

¦= 2«575vv) = 82708,5 . vv

¦« = 2«(325vv) − «(250) = 624271,5 . vv

Figura 3-12 Diagrama de Momento Flexionante eje Y


Usando Teorema de Pitágoras se obtiene el Momento máximo:

¦ = ¬f¦©i> + ¦«®>¯

¦ = 740867,86 . vv

La fuerza normal del motor ejercida sobre el eje será de:

°u = 6000 ∗ cos(23,5) = 5502,36

Con la fuerza normal, y la distancia del brazo sobre la que esta actúa se calcula el torque

que el motor ejerce sobre el eje.

= °u ∗ 150 vv = 825354,07. vv

Utilizando las formulas 2.2 y 2.3 se calcula el par torsional equivalente.

= ±((¦)> + ()>)

3930 5655,8 3930 A B

C3y C4y

P3z P4z

FMy

89

1109095,69. vv

= ⇒ = ³

Para el diseño de los ejes se utilizará acero AISI 4140 o su equivalente bohler v 320,

cuyas características se pueden observar en el anexo 2.

Con el valor de resistencia de fluencia ¡ del material escogido, y tomando un factor de

diseño de 2 procedemos a calcular el esfuerzo cortante de diseño.

³ = 0,5¡ = 0,5(750)2 = 187.5 . vv>

Con el par torsional equivalente ya calculado y el esfuerzo cortante de diseño

obtenemos el modulo de sección polar Zp.

= ³ = 1109095,65187,5 = 5915,77vv

De acuerdo al anexo 1 el diámetro del un perfil circular se calcula de la siguiente

manera:

´ = 16

´ = 16µ

´ = 31,115vv

Según el catálogo consultado el diámetro mayor más próximo seria de 35 mm, al cual se

debería trabajarlo hasta reducir su diámetro al valor antes calculado, esto aumentaría en

gran medida el valor de la cama. Por lo cual se decide a utilizar un eje de 30 mm, que

aunque es un poco más pequeño que el valor obtenido en el diseño, no se realizará

90

ningún trabajo de maquinado sobre el mismo, ahorrando así costos y reduciendo el peso

de la cama, sin comprometer la seguridad el diseño.

Aunque los cuatros ejes están sometidos a distintas fuerzas, se utilizara este diámetro

para todos, debido a que el mismo fue calculado para el eje más crítico y quedaría

asegurado el diseño para todos lo demás ya que sobre los mismos se ejercen fuerzas

menores.

El diseño es comprobado a través de la herramienta de calcula MDesign obteniendo los

siguientes valores:

Ingreso de Datos:

Tabla 29 Cálculo en MDesign

Statically Determinate Beams Type of beam support Two-point support Length to the first support point l1 = 0 mm Length to the second support point l2 = 650 mm Beam length l = 650 mm Distance to considered cross-section x = 325 mm Type of cross-sectional shape: Circle Diameter d = 29.9974 mm Modulus of elasticity E = 206842.8 N/mm² Shear modulus G = 79289.74 N/mm² Forces and distributed loads

Nr. Distance mm Length mm Value N ° ° 1 75 0 -4051 76 90 2 575 0 -4051 76 90 3 325 0 -6000 289.5 90 Twisting moments

Nr. Distance mm Value N.m 1 325 825 2 0 -412.5 3 0 -412.5

91

Resultados

Force factors in the desired cross-section Reaction in the first support point R1y = -1102.744 N

Reaction in the second support point R2y = -1102.744 N

Reaction in the first support point R1z = 1981.446 N Reaction in the second support point R2z = 1981.446 N Force factors in the desired cross-section Shear force in YOX plane Vy = -2827.924 N

Shear force in ZOX plane Vz = -1001.421 N Bending moment in YOX plane Mz = 6.244e+005 N.mm

Bending moment in ZOX plane My = 3.990e+005 N.mm Maximal force factors in YOX and ZOX plane to length of the beam Maximum shear force in YOX plane Vymax = 2827.924 N Distance to point where Vzmax occured x = 76.143 mm

Maximum shear force in ZOX plane Vzmax = 1981.446 N

Distance to point where Vymax occured x = 575.714 mm Maximum bending moment in YOX plane Mzmax = 6.244e+005 N.mm

Distance to point where Mzmax occured x = 325.000 mm

Maximum bending moment in ZOX plane Mymax = 3.990e+005 N.mm Distance to point where Mymax occured x = 325.000 mm

Maximum torsional moment Tmax = 8.250e+005 N.mm Distance to point where Tmax occured x = 0.000 mm

Stresses in the desired cross-section

Stress due to bending in YOX plane yox = 235.574 N/mm² Stress due to bending in ZOX plane zox = 150.551 N/mm²

Combined stress due to bending = 386.126 N/mm²

92

Torsional shear stress t = -0.000 N/mm²

Shearing stress in YOX plane yox = -5.335 N/mm² Shearing stress in ZOX plane zox = -1.889 N/mm²

Deformations in the desired cross-section

Deflection in YOX plane fy = -2.075861 mm Deflection in ZOX plane fz = -1.857590 mm

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Cálculo Mdesign

Diseño CAD de partes y piezas.

- Ensamble inferior A del elevador

Figura 3-13 Ensamble inferior A del elevador.


Masa = 6,65 Kg

Volumen = 847879 mm3

Área de superficie = 228467 mm2

El ensamble inferior A del elevador está constituido por el eje de acero AISI 1040 de

30mm de diámetro x 650 mm de largo, 4 platinas de acero ASTM A 36, 2 platinas con

medidas de 390x50x6 mm, que se unen al ensamble superior A y 2 platinas con medidas

de 190x50x6 mm, que permiten acoplar el motor lineal; además de un par de ángulos de

25x25x3 mm que sirven de soporte para los brazos de palanca.

93

- Ensamble superior A del elevador

Figura 3-14 Ensamble superior A de elevador

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009 .

Masa = 7,1 Kg


Área de superficie = 204267.2 mm2

El ensamble superior A del elevador está constituido por el eje de acero AISI 1040 de

30mm de diámetro x 870 mm de largo, 4 platinas de acero ASTM A 36 de

257x50x6mm, unidas en 2 pares, las que se conectan a través de un pasador con el

ensamble inferior A del elevador. Juntas estas dos pieza forman parte del mecanismo de

elevación del la cama, y son parte fundamental para lograr la posición trendelenburg.

- Ensamble inferior B del elevador

Figura 3-15 Ensamble inferior B del elevador


Masa = 5,32 Kg

94



El ensamble inferior B es construido de igual forma que el ensamble inferior A, con la

diferencia que las 2 platinas que actúan como brazos de palanca son más cortas con una

longitud de 180 mm.

- Ensamble superior B del elevador

Figura 3-16 Ensamble superior B del elevador


Masa = 7,52 Kg



Al igual que el ensamble anterior, este está construido de la misma manera que su

similar A, con la única diferencia en la longitud de los brazos de palanca que son igual a

302 mm. Junto con el ensamble inferior B, esta parte del elevador es fundamental para

lograr la posición trendelenburg inversa; al trabajar juntos los 2 ensambles de elevación

A y B, se logra elevar de manera horizontal todo el lecho de la cama. Tanto en el

ensamble superior B como el ensamble superior A, la disposición del par de platinas

permite dar mayor rigidez a cada uno de los elevadores, manteniendo a los brazos

inferiores en el centro.

95

- Base de la cama

Figura 3-17 Base de la cama

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009 .

Masa = 14,45 Kg



La base es una parte fundamental de la cama ya que sobre la misma se asientan las

diferentes partes y sistemas de la cama, está construida en acero angular ASTM A36 de

50x50x6 mm ya que se busca que sea lo más rígida posible, para que no exista

distorsión del peso debido a flexión que pueda existir en la base, se utiliza también tubo

de construcción mecánica cédula 40 para rigidizar aun más la base, además de que

servirán como soporte para la colocación de los motores que permitirán la elevación del

lecho de la cama.

- Chumaceras

Figura 3-18. Chumaceras


96

Masa = 193 gramos

Volumen = 24639.6 mm3


Las chumaceras son ocho en total, están ensambladas especialmente para los ejes que se

utilizaran en el proyecto, cada una está construida con platina de 50x3mm, y van

adheridas tanto a la base como al somier de la cama a través de pernos, en estas se aloja

el eje permitiéndole que gire pero no se desplace hacia ningún lado.

- Diferentes pernos y tornillos

Figura 3-19 Diferentes pernos y tornillos


En el prototipo son utilizados varios pernos y tornillos de diferentes dimensiones, tanto

para fijar las piezas en su lugar, como también para ejes que permiten la rotación de

ciertos elementos.

- Somier modificado de la cama

Figura 3-20 Somier de la cama


97

Masa = 43,75 Kg



La estructura básica del somier de la cama manual permanece sin mayores cambios, sin

embargo a este se le han realizado un par de adecuaciones que permitirán alojar los

motores para realizar los movimientos automáticos. Estas adecuaciones son 2

travesaños de ángulo de 30x30x4, con cartelas donde se acoplarán las fijaciones traseras

de los actuadores lineales; estos travesaños son colocados dependiendo de la geometría

existente de la cama y de las dimensiones de instalación recomendadas por el fabricante

de los actuadores lineales.

- Garruchas

Figura 3-21 Garrucha


Cada una de las ruedas de la cama posee freno y bloqueo de dirección individual,

permitiendo transportar con facilidad la cama.

- Celdas de carga

Figura 3-22 Celda de carga


98

En total son cuatro y se encuentran colocadas entre la base y las ruedas, la forma de

colocar las celdas permite que estas flejen y así obtener el peso del paciente.

- Cabecero y piecero

Figura 3-23 Cabecero / piecero


Fuente: SolidWorks 2009

Masa = 10,7 Kg



Al igual que el somier, el cabecero y el piecero se los obtuvo de la cama manual, como

en la cama manual sobre estos se asentaba el somier, es necesario eliminar ciertos

componentes que ya no serán de utilidad como las patas y los soportes de la cama, y

remplazarlos por piezas que permitan un acople sencillo de estos nuevamente al somier.

- Actuador lineal

Figura 3-24 actuador lineal


99

Son 4 actuadores en total que permiten obtener los diferentes movimientos de la cama,

el motor de 131mm de carrera localizado en el somier, permite realizar el momento

fowler o de espalda, el motor de 77mm de carrera de igual manera localizado en el

somier, es el encargado de realizar el movimiento de elevación de muslos. Los motores

colocados en la base cada uno con una carrera de 100mm, permiten elevar la cama en

forma horizontal, si los dos empujan al mismo tiempo, de lo contrario, si un motor

empuja, mientras que el otro recua se producirán los movimientos trendelenburg o

trendelenburg inverso dependiendo de qué motor empuje y que motor recúe.

- Platina de conexión entre la celda de carga y la garrucha

Figura 3-25 Platina de conexión


Masa = 294 gramos

Volumen = 37468 mm3


Sirve para acoplar cada una de las ruedas, con la respectiva celda de carga, por cada

rueda existe una de estas piezas, está construida con una platina de acero ASTM A36

100x85x6mm (largo x ancho x espesor).

- Separador entre celda de carga y base.

Figura 3-26 separador



100

Masa = 32 gramos

Volumen = 4164 mm3


Esta pequeña pieza es de gran importancia al momento de pesar al paciente ya que

permite que la celda, tenga suficiente espacio entre la base, para que pueda flejar, sus

dimensiones son 40x30x6 mm (largo x ancho x espesor), al igual que varias partes de la

cama está construida con acero ASTM A36. Son cuatro piezas en total con estas

características.

- Bocines

Figura 3-27 Bocines



Están colocados en los orificios de los elevadores inferiores A y B por donde pasan los

ejes, con estos bocines se logra reducir la fricción que pueda existir entre los elevadores

inferiores y superiores cuando están en funcionamiento, aminorando de esta manera la

fuerza que deben realizar los actuadores lineales, así como posibles atascamientos

producto de la excesiva fricción, y daños en los actuadores por sobrecarga, la

construcción de estos bocines es mixta de plástico y cobre.

- Batería

Figura 3-28 Batería


101

- Planos de la cama

Figura 3-29 planos de la cama


Masa = 12.35 kg



Son cuatro planos de la cama de diferentes dimensiones cada uno, estos remplazan a los

antiguos resortes que estaban colocados en la cama manual, permitiendo obtener una a

base rígida donde se pueda recostar el paciente, su construcción es en triplex de 12 mm

de espesor con recubrimiento de melamínico, esto hace posible la toma de radiografías,

además permite una correcta limpieza sin peligro a que se deformen estas superficies.

- Caja de control

Figura 3-30 Caja de control


102

- Diseño de software

Inicio

Pantalla 1

Retardo 5s

VT=0

Leer pines A0 y A1

Guardar valor A0 o A1 en VP

Transformar valores A0 o A1 a peso

Enviar dato por serial

Pantalla 2 VP VT

Tecla?

Tecla = Tara

VT= 0

VT = VP

A

No

Si

No

Si

Si

No

B

103


VN = VP-VT

Leer pines A0 y A1

Guardar valor A0 o A1 en VP

Transformar valores A0 o A1 a peso

Enviar dato por serial

Pantalla 3

VN

Tecla?

Tecla = Peso

Si

A

No

Si

Tecla peso

y tara

B

No

No

Si

104

3.3 Simulación

Las simulaciones son realizadas tanto de la parte mecánica como la parte electrónica

permitiendo someter a los componentes a varios ensayos.

3.3.1 Simulaciones parte mecánica

Todas las simulaciones están hechas bajo carga máxima de diseño la cual es de 400 kg

incluida la estructura. La carga máxima sobre la cama será de 250 Kg, ya que el peso de

la estructura es de 150 Kg. Los 250 Kg están repartidos sobre la cama de tal forma que

sobre el plano 1 se asienta el 45% del peso total del cuerpo, sobre el plano 2 se

encuentra el 15% del peso del cuerpo, sobre el plano 3 se encuentra el 20%, y sobre el

plano 4 el 20% restante del cuerpo.

3.3.1.1 Elevación de la cama

Para la elevación de la cama, esta empieza en la parte más baja, la fuerza es aplicada por

los dos motores empujando al mismo tiempo.

Posición Inicial

Figura 3-31 Fuerzas aplicadas para la simulación.


Plano Plano Plano Plano

Motor inferior Motor inferior

105

Posición final

Figura 3-32 Posición final elevación de la cama


- Fuerza aplicada por los actuadores

Figura 3-33 Diagrama de fuerza aplicada por los actuadores en la elevación.


Como se puede apreciar en el grafico para este movimiento, el motor inferior posterior

ejerce mayor fuerza que el motor inferior anterior, debido a la geometría presente en el

diseño, ya que el brazo al cual mueve el motor 1 es más largo por lo tanto existirá

mayor torque, traduciendo esto en una mayor fuerza que el motor debe entregar para

2138

2638

3138

3638

4138

4638

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

13,0

14,0

15,0

Fue

rza

-M

ag (

new

ton)

Tiempo (sec)

Motor inferior posterior

Motor inferiror anterior

106

lograr el movimiento, la grafica resultante de la simulación de fuerza para este motor es

una grafica no lineal teniendo como punto máximo 4429N, a partir del cual decrece la

fuerza necesaria para la elevación, esto se debe a que el somier de la cama a más de

elevarse en forma vertical se desplaza en forma horizontal producto también de la

geometría presente en el sistema de elevación sobre el cual se asienta el somier. En el

punto donde la fuerza del motor empieza a decrecer, la cama empieza a desplazarse más

en forma horizontal que vertical por lo cual es necesario menor fuerza. Mientras tanto la

fuerza ejercida por el motor inferior anterior es menor debido a que la longitud del

brazo con el que trabaja es mucho menor, por lo cual se genera un menor torque y por lo

tanto se necesita menos fuerza para ejecutar el movimiento. Gracias a esta simulación

podemos ver que la fuerza de los actuadores que forman parte del diseño será suficiente

para lograr el movimiento, ya que cada uno de los mismos eroga una fuerza de hasta

6000 N.

- Desplazamientos y velocidad vertical del somier de la cama

Figura 3-34 Diagrama de desplazamientos y velocidad vertical del somier de la cama.


250,00

300,00

350,00

400,00

450,00

500,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,0

0

11,0

0

12,0

0

13,0

0

14,0

0

15,0

0

Des

pla

zam

ien

to t

rasl

acio

nal

-Y

(m

m)

Tiempo (sec)

desplazamiento vertical somier

107


El desplazamiento total realizado por el somier de la cama se observa en los anteriores

gráficos, donde el primero muestra el desplazamiento en dirección vertical, desde su

parte más baja 260 mm hasta alcanzar la parte más alta 450 mm teniendo un

desplazamiento total de 190 mm, mostrando como resultado una gráfica casi lineal.

Debido a la geometría resultante del sistema de elevación existe también un movimiento

horizontal del somier con respecto a la base de la cama, el resultado de este movimiento

es visible en la figura 2, teniendo un curva la cual para un mejor manejo y ya que la

distancia que se recorre en forma horizontal es pequeña con respecto al tamaño de la

cama puede ser linealizada, obteniendo un desplazamiento horizontal total del somier

75,00

95,00

115,00

135,00

155,00

175,00

195,00

215,00

235,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,0

0

11,0

0

12,0

0

13,0

0

14,0

0

15,0

0

Des

pla

zam

ien

to t

rasl

acio

nal

-Z

(m

m)

desplazamiento horizontal somier

10,50

11,00

11,50

12,00

12,50

13,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,0

0

11,0

0

12,0

0

13,0

0

14,0

0

15,0

0

Vel

ocid

ad t

rasl

acio

nal

-Y

(m

m/s

ec)

Tiempo (sec)

Velocidad de elevacion del somier

108

de 135 mm. La grafica 3 muestra la velocidad con la que el somier se desplaza en forma

vertical, la curva resultante de la velocidad puede ser tomada como creciente en forma

lineal, con una velocidad mínima 11,3 mm/seg hasta llegar a una velocidad máxima al

final del movimiento de 12,6 mm/seg, obteniendo de esta manera un promedio de

velocidad de elevación de 12 mm/seg.

3.3.1.2 Regreso de la cama a la parte más baja

Para regresar la cama a su posición más baja, esta empieza en la parte más alta, la fuerza

es aplicada por los dos motores recogiéndose los mismos al mismo tiempo.

Posición Inicial

Figura 3-35 Posición inicial antes de bajar la cama.


Posición final

Figura 3-36 Posición final.


109

- Fuerza aplicada al recuar los actuadores

Figura 3-37 Diagrama de fuerza aplicada por los actuadores al recuar.


Para llevar al somier desde su parte más alta hacia la parte más baja, los motores,

ejercerán fuerzas similares a las ejercidas para elevar la cama, como se puede apreciar la

gráfica del motor inferior posterior no es lineal, además es de forma inversa a la grafica

de la fuerza que el motor ejerce para subir la cama, la fuerza ejercida por el motor

inferior posterior es mayor que la fuerza ejercida por el motor inferior anterior esto se

debe de igual forma a la geometría presente en cada uno de los brazos que forman el

sistema de elevación sobre el cual se asienta el somier de la cama, ya que el brazo sobre

el cual actúa el motor inferior posterior es más largo, y por lo tanto existirá un mayor

torque, lo que se traduce en mayor fuerza ejercida; las fuerzas ejercidas tanto por el

motor inferior anterior como el inferior posterior parten desde los 1500 N y van en

aumento esto se debe a que al inicio de esta posición la cama se encuentra en la parte

más alta, y al empezar a descender existe mayor movimiento en forma horizontal que en

vertical, y cuanto más pasa el tiempo este movimiento horizontal disminuye, mientras

aumenta el movimiento vertical.

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0,00

0

1,00

0

2,00

0

3,00

0

4,00

0

5,00

0

6,00

0

7,00

0

8,00

0

9,00

0

10,0

00

11,0

00

12,0

00

13,0

00

14,0

00

15,0

00

Fu

erza

-m

ag (

new

ton

)

Tiempo (sec)

motor inferior posterior

Motor inferior anterior

110

3.3.1.3 Posición Trendelenburg partiendo de la parte más baja

Para la posición trendelenburg, el somier de la cama empieza en la parte más baja, la

fuerza es aplicada únicamente por el motor inferior anterior.

Posición inicial

Figura 3-38 Estado inicial de la cama antes de la posición trendelenburg.


Posición final

Figura 3-39 Posición trendelenburg final.


- Fuerza aplicada por el actuador inferior anterior y desplazamiento del somier

Figura 3-40 Fuerza aplicada por el motor inferior anterior y desplazamiento angular del somier en la posición trendelenburg.

2500

2700

2900

3100

3300

3500

3700

Fu

erza

Mag

(n

ewto

n)

Tiempo (sec)

111


En las graficas se observa el desplazamiento del somier, así como la fuerza aplicada por

el motor inferior anterior para llevar a cabo el movimiento trendelenburg, en el primer

grafico se tiene la fuerza total que entrega el actuador para lograr esta posición, se puede

ver que la grafica resultante de la fuerza es creciente casi en forma lineal, empezando en

2600 N hasta alcanzar una fuerza máxima de 3600 N al momento de llegar a la parte

con mayor inclinación del somier, aunque la grafica no es completamente lineal esta

puede linealizarse para simplificar los cálculos sin perder mayor precisión en los

mismos, además se puede comprobar que los 6000N de fuerza entregados por el

actuador propuesto en el diseño es más que suficiente para lograr dicha posición. En lo

que se refiere al desplazamiento angular del somier se puede observar que el mismo

crece de forma casi lineal desde los cero grados hasta los 6 grados, con esto podemos

ver que la geometría de los diferentes elementos que permiten lograr esta posición es la

adecuada ya que se cumplen con los requerimientos planteados al inicio de la tesis. Con

la simulación también se logra comprobar que cada una de las carreras de los pistones

de los diferentes actuadores lineales es la adecuada ya que permiten alcanzar la posición

planteada en los requerimientos para cada uno de los movimientos de la cama.

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

Des

pla

zam

ien

to a

ngu

lar

(deg

)

Tiempo (sec)

112

3.3.1.4 Posición Trendelenburg inverso partiendo de la parte más baja

Para la posición trendelenburg inverso, el somier de la cama empieza en la parte más

baja, ahora la fuerza es aplicada únicamente por el motor inferior posterior.

Posición inicial (Ver figura 3.38)

Posición final

Figura 3-41 Posición trendelenburg inversa final


- Fuerza aplicada por el actuador inferior posterior y desplazamiento angular del

somier

Figura 3-42 Diagramas de fuerza aplicada y desplazamiento angular del somier.

3700

3800

3900

4000

4100

4200

4300

4400

4500

4600

Fu

erza

-M

ag (

new

ton

)

Tiempo (sec)


113


En la primera grafica se observa la fuerza entregada por el motor inferior posterior para

lograr la posición de trendelenburg inverso partiendo de la parte mas baja, la curva de la

fuerza es en forma de parábola, esto se debe a la geometría de los brazos soldados a los

ejes que forman el sistema de elevación de todo el somier, como fuerza máxima

aplicada por el motor tenemos cerca de 4600 N esto se da a los 7 segundos de haber

iniciado este movimiento, esto se debe a que este tiempo la fuerza normal ejercida a los

brazos del eje superior posterior es mayor en magnitud por lo tanto será necesaria una

mayor fuerza para lograr el movimiento, a partir de este instante la fuerza decrece, ya

que la cama se empieza a desplazarse mas en forma horizontal, que en forma vertical

como sucedía en un principio, luego de este tiempo la fuerza necesaria ´para lograr el

movimiento empieza a decrecer hasta alcanzar los 3800 N aproximadamente, a través

de esta simulación podemos concluir que la fuerza del motor inferior posterior será la

suficiente para obtener el movimiento, ya que la misma es de 6000N. En cuanto al

desplazamiento angular realizado por el somier es casi lineal durante la mayor cantidad

de tiempo, observándose un pequeño cambio casi al llegar al final de la posición

aproximadamente a partir de los 12 segundos, esto también se produce por la geometría

de los diferentes brazos que componen el sistema de elevación de la cama.

11

12

13

14

15

16

17D

esp

laza

mie

nto

an

gula

r

Tiempo (sec)

Desplazamiento somier

114

3.3.1.5 Posición Trendelenburg partiendo de una altura media

En esta variante de la posición trendelenburg mientras que el motor inferior anterior

empuja, el motor inferior posterior se recoge, logrando así cumplir el mismo objetivo,

desde una posición diferente de inicio.

Posición inicial

Figura 3-43 Estado inicial de la cama a media altura


Posición final (Ver figura 3.39)

- Fuerza aplicada por los actuadores inferiores

Figura 3-44 Fuerza aplicada por los actuadores en la posición trendelenburg desde altura media


2.700,00

2.900,00

3.100,00

3.300,00

3.500,00

3.700,00

3.900,00

4.100,00

4.300,00

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00

Fu

erza

-M

ag (

new

ton

)

Tiempo (sec)

Motor inferior posterior

Motor inferior anterior

115

Aunque al final de este movimiento se consigue la misma posición trendelenburg

anteriormente descrita, es simulado como un caso aparte ya que se inicia de una

posición diferente, actuando en este los dos motores inferiores a diferencia de la

posición trendelenburg antes analizada donde solo actúa directamente un solo motor, el

inferior anterior, en este caso el motor inferior anterior igualmente empujará mientras

que el motor inferior posterior recuará, de esta forma obteniéndose una grafica diferente

de fuerzas de los motores, la cual se puede observar en la figura superior, donde al

comenzar el movimiento desde una altura media, la fuerza aplicada por el motor inferior

posterior necesaria para sostener y controlar el avance de la cama decrece en forma no

lineal desde los 4100 hasta los 3700 N aproximadamente; esto se debe principalmente a

la disposición de los brazos del sistema de elevación inferior y a la fuerzas actuantes

sobre el extremo de estos al momento de llevar a cambo dicha posición. El gráfico de la

fuerza del motor inferior anterior, en comparación al grafico de fuerza del motor inferior

posterior, crece de manera casi lineal, esto se debe a que el actuador además de ejercer

fuerza para elevar la parte superior de la cama, también mueve el somier de la cama en

forma horizontal desplazando el centro de gravedad de la cama hacia la parte posterior,

sin afectar mayormente la estabilidad de la estructura de la cama

3.3.1.6 Posición Trendelenburg inverso partiendo de una altura media

La única diferencia con la posición anterior es que ahora el motor inferior anterior

empuja, mientras que el motor inferior posterior recua, logrando obtener al final la

misma posición trendelenburg.

Posición inicial (Ver figura 3.43)

Posición final (Ver figura 3.41)

116

- Fuerza aplicada por los actuadores

Figura 3-45 Fuerza aplicada por los actuadores al realizarse la posición trendelenburg inverso desde altura media.


En esta posición al igual que la anterior se parte desde una altura media del somier, se

toma como un caso aparte ya que los motores actuaran de forma contraria a la posición

trendelenburg desde la parte media, ahora el motor inferior anterior halará, mientras que

el motor inferior posterior empujará, los resultados de la fuerzas pueden ser apreciadas

en la grafica comparativa donde la fuerza del motor inferior posterior decrecerá de

forma no lineal desde los 4200 N hasta los 3400 N al completar la carrera total del

pistón del actuador, de igual manera la fuerza ejercida por el motor inferior anterior

decrecerá forma casi lineal desde los 2750 N aproximadamente hasta los 2200 N, la

diferencia de fuerza en los dos actuadores se debe principalmente a la diferencia en la

longitud de los brazos sobre los cuales actúan directamente cada uno de los actuadores,

al igual que en la anteriores simulaciones se comprueba que los actuadores escogidos

con una fuerza erogada de 6000 N son lo suficientemente fuertes como para poder

soportar la carga máxima de diseño sin sufrir daño debido a sobrecargas, o peor aun no

lograr mover el sistema.

2200,002400,002600,002800,003000,003200,003400,003600,003800,004000,004200,00

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00

Fu

erza

-M

ag (

new

ton

)

Tiempo (sec)


motor inferior anterior

117

Para las siguientes simulaciones se ha tomado únicamente el somier de la cama, ya que

sobre el mismo se lograran dichas posiciones; de igual forma las fuerzas como

referencia solo son las q actúan sobre cada plano que se mueve durante dicha posición.

3.3.1.7 Posición Fowler

Para lograr esta posición el motor superior anterior ejerce fuerza empujando el

mecanismo que permite el movimiento descrito.

Posición inicial

Figura 3-46 Posición inicial y distribución de fuerzas sobre el somier de la cama


Posición final

Figura 3-47 Posición final fowler


- Fuerza aplicada por el motor superior anterior, desplazamiento y velocidad

angular con carga máxima de diseño

118

Figura 3-48 Fuerza aplicada por el motor superior anterior, desplazamiento y velocidad angular del plano1 en la posición fowler


1.900,00

2.100,00

2.300,00

2.500,00

2.700,00

2.900,00

3.100,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Fu

erza

-M

ag (

new

ton

)

motor superior anterior

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Des

pla

zam

ien

to a

ngu

lar

(deg

)

plano superior

3,00

3,20

3,40

3,60

3,80

4,00

4,20

4,40

4,60

4,80

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,011,012,013,014,015,0

Vel

oc. A

ngu

lar

-M

ag (

deg

/sec

)

Tiempo (sec)

plano superior

119

En esta posición interviene directamente el actuador superior anterior el cual ejercerá

una fuerza sobre el brazo correspondiente permitiendo así dicho movimiento en las

graficas se puede observar el comportamiento tanto de la fuerza como el desplazamiento

y velocidad angular del plano 1, la gráfica de la fuerza ejercida por el motor decrece en

forma no lineal desde los 3000 N hasta los 1950 N aproximadamente, esto se debe

principalmente a que la fuerza ejercida por el motor está sobre un miembro el cual no

posee un contacto fijo sobre plano al que moverá si no un contacto de rodadura sobre el

mismo, además la fuerza necesaria para mover el plano 1 será mayor cuando este se

encuentre en posición horizontal, debido a que el peso será mejor distribuido sobre el

plano y a que la resultante horizontal de la longitud del brazo será mayor al inicio del

movimiento, de esta manera generándose un mayor torque, para lo cual será necesaria

una mayor fuerza para lograr el movimiento. El desplazamiento angular tiene una

grafica casi lineal que para efectos prácticos puede ser linealizada, en esta se puede

observar como el plano 1 del somier de la cama parte desde una inclinación de 0 grados

hasta llegar a una inclinación de 45 grados con respecto a la horizontal, cuando se ha

extendido completamente el pistón del actuador lineal correspondiente; con esto se

logra comprobar que la carrera del pistón y la fuerza del actuador son suficientes para

satisfacer los requerimientos iniciales de inclinación para la posición fowler. La gráfica

de velocidad angular es decreciente no lineal desde los 4.7 deg/sec hasta los 3.1 deg/sec,

este comportamiento en la velocidad se debe a que el plano 1 no está sujeto de forma

fija al elemento que entrega la potencia, sino es un contacto por rodadura, además las

articulaciones de giro tanto del plano 1 como del elemento trasmisor de potencia son en

diferentes puntos, por lo cual la velocidad del plano 1 disminuye cuando está llegando a

su posición final.

120

3.3.1.8 Elevación de rodillas

Posición inicial

Figura 3-49 Posición inicial y distribución de fuerzas sobre el somier de la cama para elevación de rodillas


Posición final

Figura 3-50 Posición final de elevación de rodillas


- Fuerza aplicada por el actuador superior posterior, desplazamiento y

velocidades angulares de los planos 3 y 4 bajo con carga máxima de diseño

Figura 3-51 Fuerza aplicada por el motor superior posterior, velocidades y desplazamientos angulares de los planos 3 y 4 en elevación de rodillas

1200,00

1400,00

1600,00

1800,00

2000,00

2200,00

2400,00

2600,00

2800,00

3000,00

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

Fu

erza

-M

ag (

new

ton

)

Tiempo (sec)

motor superior posterior

121


Las partes del somier que actúan en el movimiento de elevación de rodillas son los

planos 3 y 4 siendo el actuador que logra este movimiento el actuador superior posterior

localizado bajo dichos planos, la fuerza ejercida por este decrece en forma lineal a

través del tiempo, empezando en 2800 N hasta llegar a 1300N, este comportamiento de

la fuerza del actuador se debe tal como en la mayoría de movimientos anteriores a la

geometría de los diferentes elementos que actúan para llevar a cabo el movimiento, ya

que el brazo sobre el cual actúa directamente la fuerza al momento de iniciar el

movimiento se encuentra casi en posición horizontal, existiendo de esta manera una

mayor componente de la longitud del brazo sobre la horizontal, generando así mayor

4,00

4,50

5,00

5,50

6,00

6,50

7,00

7,50

8,00V

eloc

idad

an

gula

r -

Mag

(d

eg/s

ec) Velocidad angular

plano 3Velocidad angular plano 24

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

160,00

180,00

200,00

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0

Des

pla

zam

ien

to a

ngu

lar

(deg

)

Tiempo (sec)

Plano 3

Plano 4

122

torque, y por lo tanto el actuador necesitará de una mayor fuerza para lograr mover la

carga, está decrece con el tiempo a medida que la componente horizontal de la longitud

del brazo disminuye, al aumentar la inclinación del plano 3. El desplazamiento de los

planos 3 y 4, los cuales forman este movimiento puede ser apreciado en la tercera

gráfica donde se observa que sus respectivos trazados son casi lineales, estos planos

correspondientes a los muslos y pantorrillas respectivamente se encuentran unidos

mediante 2 pasadores, por lo cual se mueven solidariamente en dirección opuesta,

partiendo desde 180° hasta los 130° el desplazamiento del plano 3, mientras que el

plano 4 parte desde los 0° hasta los 40° con respecto a la horizontal, el desplazamiento

menor por parte del plano 4 se debe a que su longitud con respecto a la del plano 3 es

mayor. Las velocidades angulares de los planos 3 y 4 se observan en la segunda gráfica

donde se aprecia que cada una de las mismas decrece en forma no lineal; para el plano 3

la velocidad angular decrece desde los 7.6 deg/sec hasta los 6.1 deg/sec, esto sucede a

los 7 segundos de empezar el movimiento, para luego aumentar la velocidad angular

hasta los 6.5 deg/sec en el final del movimiento, este cambio en la velocidad angular se

debe a la forma en la cual esta acoplado el plano 3 al mecanismo del brazo que

transmite la fuerza necesaria para lograr esta posición; en cuanto a la velocidad angular

del plano 4 decrece desde los 5,8 deg/sec hasta los 4,4 deg/sec. Esta simulación permite

ver que la fuerza del actuador escogido es más que suficiente y no tendrá ningún

inconveniente al trabajar el mismo entrega hasta 6000 N siendo necesarios únicamente

para este movimiento una fuerza máxima de hasta 3000 N aproximadamente.

3.3.2 Simulaciones de la balanza

Las simulaciones de la balanza están realizadas en Proteus, al no encontrar una celda de

carga como elemento simulable dentro del programa, esta fue remplazada por entradas

de señal en el rango de los mili voltios para luego ser amplificadas,

misma función de las celdas.

3.3.2.1 Simulación amplificación señal de las celdas de carga

La entradas de las celdas de carga están simuladas como entradas de voltaje DC

diferentes las cuales son amplificadas, se pueden observar sus valores antes de la

amplificación en el voltímetro 4 y 5

de voltaje ya amplificado

diferencia de voltaje en las entradas 4 y 5

entrada del comparador de señal

Posterior a la amplif

ingresa al comparador

con una referencia de 2.5V, y enviada a uno de los

4

123

de señal en el rango de los mili voltios para luego ser amplificadas,

misma función de las celdas.

Simulación amplificación señal de las celdas de carga



n el voltímetro 4 y 5 y el valor ya amplificado en voltímetro 1

de voltaje ya amplificado coincide con el valor calculado con la resistencia R7 y la

cia de voltaje en las entradas 4 y 5 del amplificador. Este valor se envía

comparador de señal.

Figura 3-52 Amplificación celdas de carga


Posterior a la amplificación de la señal proveniente de las celda

comparador donde a través de un arreglo de amplificadores,

con una referencia de 2.5V, y enviada a uno de los dos pines RA0 o RA1

5

de señal en el rango de los mili voltios para luego ser amplificadas, emulando así la



l valor ya amplificado en voltímetro 1. El valor

coincide con el valor calculado con la resistencia R7 y la

del amplificador. Este valor se envía a la

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Proteus ISIS 7

celdas de carga, la señal

a través de un arreglo de amplificadores, es comparada

pines RA0 o RA1 del

1

microcontrolador, dependiendo del valor que esta señal tome, si la misma es mayor a

2.5 V es enviada a RA1, de lo contrario si la señal es menor a 2.5 V es enviada por el

pin RA0, para luego ser procesada en el microcontrolador y mostrada al operador.

3.3.2.2 Inicialización de la balanza

Al encender la balanza, parpadeará el LED para saber que arrancó el programa para

luego aparecer en la pantalla LCD el mensaje “SISTEMA DE PESAJE CAMA UCI”

3.3.2.3 Muestra del peso muerto de la cama

Luego de mostrarse por 5 segundos el mensaje de la pantalla anterior aparece el peso

muerto de la cama en el display es decir el peso sin el paciente en la cama.

1

124




icialización de la balanza


luego aparecer en la pantalla LCD el mensaje “SISTEMA DE PESAJE CAMA UCI”

Figura 3-53 Simulación pantalla 1


Muestra del peso muerto de la cama


muerto de la cama en el display es decir el peso sin el paciente en la cama.

2 1

3

LED





luego aparecer en la pantalla LCD el mensaje “SISTEMA DE PESAJE CAMA UCI”.

orado por: Patricio Cevallos A. Fuente: Proteus ISIS 7


muerto de la cama en el display es decir el peso sin el paciente en la cama. Ya que las

LED

celdas están siempre midiendo el peso de toda la estructura y lo que sobre esta se

asiente, el peso muerto de la cama será siempre cambiante,

todo lo que compone la estructura sea constante, lo que se

cambiará el peso, esto es por ejemplo el menaje de la cama, equipos e instrumentos de

soporte para el paciente que estén colocado

peso muerto de todo

un valor constante. El voltaje de salida del amplificador se muestra en el voltímetro 1

es una señal CC que se obtiene de las celdas de carga, el voltímetro 2 muestra

diferencia de voltaje entre la señal amplificada y la referencia de voltaje que en este

caso es de 2,5 V CC, esta ingresará por el pin RA1; por ultimo en el voltímetro 3 se

aprecia el mismo valor de la señal amplificada luego de pasar por un

y que ingresara al pin RA0.

misma se muestra en las siguientes figuras.

1

125


asiente, el peso muerto de la cama será siempre cambiante, ya que aunque el peso de

todo lo que compone la estructura sea constante, lo que se coloque sobre el somier

el peso, esto es por ejemplo el menaje de la cama, equipos e instrumentos de

orte para el paciente que estén colocados sobre el cama, de esta manera variando el

todo el conjunto, por esta razón no se a colocado

. El voltaje de salida del amplificador se muestra en el voltímetro 1

que se obtiene de las celdas de carga, el voltímetro 2 muestra



aprecia el mismo valor de la señal amplificada luego de pasar por un

y que ingresara al pin RA0. Teniendo como base la figura 3-53 lo que difiere de la

misma se muestra en las siguientes figuras.

Figura 3-54 Simulación peso muerto


2


ya que aunque el peso de

coloque sobre el somier

el peso, esto es por ejemplo el menaje de la cama, equipos e instrumentos de

sobre el cama, de esta manera variando el

por esta razón no se a colocado el peso muerto como

. El voltaje de salida del amplificador se muestra en el voltímetro 1,

que se obtiene de las celdas de carga, el voltímetro 2 muestra la



aprecia el mismo valor de la señal amplificada luego de pasar por un seguidor de voltaje

53 lo que difiere de la


3

3.3.2.4 Encerado de la balanza

Al presionar el botón encerar

de estado de 1 a cero, lo cual permite de acuerdo a la programación copiar el

se tenía en la variable

display, el valor de la variable tara no será cambiante ya que únicamente se graba el

valor que haya estado en la variable peso al momento de encerar la balanza

de copiar este valor es almacenar el peso muerto de la cama y encerar la balanza para

pesar únicamente al paciente

valores mostrados en cada uno de los voltímetros tampoco cambiarán

3.3.2.5 Obtención del peso del paciente

Luego de presionar el botón pesar, la balanza de forma automática resta el peso muerto

de la cama y muestra en la pantalla la balanza ya encerada. Aunque luego del

amplificador continuamos teniendo un valor de voltaje correspondiente al peso de la

cama. En esta parte se observa ya la balanza encerada y lista para recibir el medir el

1

126

Encerado de la balanza

Al presionar el botón encerar conectado al pin RD0 del PIC, este pin sufre un cambio

de estado de 1 a cero, lo cual permite de acuerdo a la programación copiar el

la variable peso a la variable tara, evidenciándose también este cambio en el

la variable tara no será cambiante ya que únicamente se graba el

valor que haya estado en la variable peso al momento de encerar la balanza


al paciente. Como el peso muerto no ha sufrido ningún cambio los


Figura 3-55 Simulación de encerado


Obtención del peso del paciente




esta parte se observa ya la balanza encerada y lista para recibir el medir el

2

conectado al pin RD0 del PIC, este pin sufre un cambio

de estado de 1 a cero, lo cual permite de acuerdo a la programación copiar el valor que

, evidenciándose también este cambio en el

la variable tara no será cambiante ya que únicamente se graba el

valor que haya estado en la variable peso al momento de encerar la balanza, el objetivo


Como el peso muerto no ha sufrido ningún cambio los


por: Patricio Cevallos A. Fuente: Proteus ISIS 7




esta parte se observa ya la balanza encerada y lista para recibir el medir el

3

peso del paciente que se coloque sobre el lecho de la cama, al continuar presionando el

botón “pesar”, el resultado será el mismo siempre y cuando no se haya adicionado peso

al último medido. Al igual que en la simulación anterior los valores del peso no hay

cambiado por lo tanto los valores mostrados en los voltímetros serán iguales.

Figura 3-56

3.3.2.6 Peso del paciente

Al encontrarse el paciente sobre el lecho de la cam

un desbalance mayor del puente

entradas del amplificador, siendo esta señal amplificada; al presionar nuevamente el

botón “pesar” la señal proveniente del amplifica

microcontrolador a través del modulo A/D, para luego mostrarse el peso equivalen

dicha señal en el display. Los valores del cambio de peso se pueden apreciar ahora en

los voltímetros, se observa en el voltímetro 1 como ha aume

la señal proveniente de las celdas de carga

también los valores en los otros voltímetros

1

127



Al igual que en la simulación anterior los valores del peso no hay


56 Simulación de la obtención de peso sin carga adicional


Peso del paciente

el paciente sobre el lecho de la cama, en las celdas de carga se producirá

mayor del puente, lo que aumentará la diferencia de voltaje entre las


botón “pesar” la señal proveniente del amplificador será procesada por el

microcontrolador a través del modulo A/D, para luego mostrarse el peso equivalen


los voltímetros, se observa en el voltímetro 1 como ha aumentado el valor de voltaje de

la señal proveniente de las celdas de carga, y por consiguiente como han cambiando

también los valores en los otros voltímetros.

2



Al igual que en la simulación anterior los valores del peso no hay


Simulación de la obtención de peso sin carga adicional


a, en las celdas de carga se producirá

la diferencia de voltaje entre las


dor será procesada por el

microcontrolador a través del modulo A/D, para luego mostrarse el peso equivalente a


ntado el valor de voltaje de

, y por consiguiente como han cambiando

3

Figura

Se puede continuar pesando al paciente las veces que sea necesario, y se mostrara en la

pantalla el nuevo peso del paciente.

Este peso será enviado

presionar los botones “pesar” y “tara” al mismo tiempo se reiniciara todo el sistema,

siendo necesario repetir todo el proceso anterior para volver a obtener solo el peso de

paciente, esta función debe ser utilizada al momento de cambiar de paciente en la cama,

o colocar objetos sobre el lecho de la cama que cambien al peso muerto de la

1

128

Figura 3-57 Simulación de pesado de paciente



pantalla el nuevo peso del paciente.

será enviado en forma serial hacia la PC donde también será mostrado. Al


siendo necesario repetir todo el proceso anterior para volver a obtener solo el peso de


o colocar objetos sobre el lecho de la cama que cambien al peso muerto de la

2

Simulación de pesado de paciente

Elaborado por: Patricio Cevallos A. SIS 7


en forma serial hacia la PC donde también será mostrado. Al


siendo necesario repetir todo el proceso anterior para volver a obtener solo el peso del


o colocar objetos sobre el lecho de la cama que cambien al peso muerto de la misma.

3

129

CAPÍTULO IV

4. COSTRUCCIÓ DEL PROTOTIPO

4.1 Construcción de la Parte Mecánica

Materiales:

• 4.80 m. de ángulo tipo ASTM A 36 de 50 x 50 x 6 mm.

• 3.04 m. eje de acero AISI 4140 de 30 mm de diámetro.

• 1.20 m. de tubo de vapor cedula 40.

• 1.80 m. de ángulo de 25 x 25 x 3 mm.

• 1.40 m. de platina de 50 x 3 mm.


• platina de 50 x 6 mm.



• ½ kilo de electrodos 6011.

• ½ kilo de electrodos 7018.

• 32 pernos 5/16 x una pulgada con tuercas.

• 12 pernos milimétricos de 10 x 50 mm con tuercas.

• 16 pernos avellanados milimétricos de 6 x 20 mm.

• 16 pernos milimétricos de 6 x 20 mm.

• Arandelas.

• Paneles de triplex con recubrimiento de melamínico.

130

• Somier, cabecero y piecero reciclados de cama manual.

Construcción:

- Se procede a cortar el ángulo de 50 x 50 x 6 en 2 segmentos de 1.70 m. y 2

segmentos de 0.70 m. cada uno, con cortes de 45 grados en los extremos de tal

manera que permitan formar el ensamblaje con esquinas a 90°.

- Con los 4 segmentos se forma una base rectangular la cual debe ser bien

nivelada para soldarse con electrodos 6011 debidos a las características del

material y a las fuerzas que será sometida esta base.

- Luego se realizan las perforaciones con broca de 6 mm. 4 por cada esquina de la

base de tal forma que permitan anclarse las celdas de carga.

- Se realiza el corte del tubo de vapor en 2 segmentos de 0.60 m. cada uno los

mismos que se sueldan a la base de acuerdo al plano.

- Entre los tubos se suelda la platina de 30 x 3 mm. de una longitud de 0.47 m.

con electrodos 6011, sobre la cual se colocarán los motores en los orificios de 10

mm. practicados en los extremos de la platina.

- De la platina de 50 x 6 se obtienen 4 segmentos de 257mm., 4 segmentos de 302

mm., 4 segmentos de 190 mm. 2 segmentos de 180 mm. y 2 segmentos de 360

mm. que se utilizaran como brazos de los ejes con los cuales se realizara la

elevación de la cama.

131

- A cada uno de estos segmentos se perforan orificios de 30 mm. de diámetro en

uno de los extremos, estos orificios se los realiza con la ayuda de una fresadora

debido a que no se posee la broca ni el taladro de banco apropiado.

- En el otro extremo de las platinas de 257mm, 302mm y 190 mm. se practican un

orificio de 10 mm. de diámetro por donde pasará el eje que permitirá la

movilidad de la articulación, mientras que para las platinas de 180 mm. y 360

mm. se practican orificios de 11.5 mm. de diámetro en los cuales se alojarán los

bocines.

- El eje de acero de 30 mm. se corta en 2 segmentos de 870 mm y 2 segmentos

670 mm

- En uno de los segmentos de eje de 870 mm. se colocan las 4 platinas de 257

mm. como se indica en el plano, mientras que en el otro segmento del eje de 87

mm. se colocan las 4 platinas de 302 mm. a la misma distancia que las platinas

del otro eje de similar tamaño, cada uno de los juegos de platinas deben ser

colocados en forma paralela entre las mismas y perpendiculares al eje, las

mismas que son soldadas con electrodos 7018 debido al tipo de material con el

cual están construidos los ejes y las fuerzas que se presentarán en las uniones.

- En los ejes más cortos (670 mm.) se colocan 2 platinas de 190 mm. lo más

cercano al centro del eje y de forma paralela entre ellas, estas permitirán anclar

el pistón del actuador; luego se colocan las 2 platinas de 180 y 360 mm en cada

uno de los extremos de los ejes, el ángulo que debe formarse entre las platinas

que se encuentran en la parte central con las de los extremos deberá ser de 120 º

132

de igual manera que en los ejes largos estas piezas se sueldan con electrodos

7018.

- Con 8 segmentos de 15 cm. cada uno, cortados de la platina de 50 x 3 mm., por

doblado se fabrican las chumaceras que sostendrán a los ejes en su posición

tanto en la base como en el somier de la cama, en la parte plana de cada una de

ellas se perforan cuatro orificios de 3/8 de pulgada. En dos chumaceras que

soportarán al eje en la parte inferior del somier de la cama, se les hará un orificio

adicional que servirá para fijar y restringir el movimiento del eje.

- Con el taladro de mesa y una broca de 3/8 se realizan perforaciones en la base y

somier de la cama, cuatro perforaciones por chumacera de acuerdo a las

distancias presentadas en el plano.

- Se retiran los resortes y se enderezan los travesaños del lecho de la cama

(reciclada) y se procede a soldar en el somier de la cama 2 segmentos de ángulo

de 25 x 25 x3 con una longitud de 870 mm. los que servirán de soporte para los

motores que ejecutarán las posiciones fowler y elevación de rodillas.

- Se cortan las patas del piecero y cabecero de la cama original y se sueldan

soportes para poder sujetarlos al somier de la cama.

- Se retiran la escoria de la suelda, se esmerila las uniones para una mejor

uniformidad y se redondea las esquinas de las diferentes piezas que componen el

ensamble.

- Se procede a pintar cada una de las partes de la estructura.

133

- Se ensambla la estructura de acuerdo a los planos de despiece presentados en el

manual técnico, previamente deben engrasarse las partes que tendrán

movimiento.

- Se colocan cada uno de los motores en las posiciones especificadas, se conectan

al control y la batería localizados en la caja de la base de la cama.

- Finalmente se cortan piezas del triplex con el recubrimiento melamínico en

dimensiones de 0.89 x 0.69; 0.89 x 0.30; 0.89 x 0.29 y 0.89 x 0.48 m. las

mismas son colocadas sobre cada uno de los planos que conforman el somier y

son ajustadas con tornillos.

4.2 Construcción de la Balanza

Materiales:

• 12 borneras de 2 entradas.

• 1 potenciómetro de precisión de 2 k y 5 k respectivamente.

• Resistencias de 270 k, 1k, 22k, 3k, 330 y 100Ω.

• 2 diodos 4007.

• Capacitores de 22 pF, 2200 pF, 68000 pF.

• Capacitores electrolíticos de 1 uf, 1000 uf, 0.1 uf, 10uf.

• 1 clock de 4 Mhz.

• 1 switch.

• 3 pulsadores.

• 1 potenciómetro de 10 k.

• 1 juego de espadines macho y hembra.

134

• 1 LCD de 16 x 2.

• 25 cm. de cable de 14 hilos.

• 2 conectores ICD.

• 1 led bicolor.

• 1 conector DB9 macho.

• 1 microcontrolador PIC 16F877A.

• 1 MAX 232.

• 1 amplificador de instrumentación AD620.

• 1 amplificador TL084.

• 1 baquelita.

• 1 fuente de poder de computadora.

Construcción

- Se realiza el diseño en Proteus, se simula y se obtiene el ruteado del circuito en

Ares, luego se procede a quemar sobre las baquelitas el diseño del PCB

obtenido, se practican cada uno de los orificios y se suelda los elementos de

acuerdo a su ubicación especifica.

- Con el circuito terminado se conectan en las borneras las celdas de carga,

tomando siempre en cuenta los cables de alimentación, de conexión a tierra,

señales positivas y negativas así como el cable de blindaje.

- Mediante el cable de 14 hilos se conecta la placa de control con la placa de

display.

- Finalmente se conecta la fuente de poder a la placa de control.

135

4.3 MAUAL DE SERVICIO

Este manual está dirigido hacia las personas encargadas del mantenimiento y reparación

de este tipo de equipo, en el mismo constan procedimientos y recomendaciones para las

soluciones de los problemas presentados en el prototipo.

4.3.1 Procedimiento para la Resolución de Problemas

Siga la secuencia línea por línea (cada paso previo se asume que el paso anterior ha sido

completado). En cada paso la operación normal de la cama puede ser respondida con un

sí o no, de la repuesta dependerá el siguiente paso a seguir, un procedimiento de

reparación y análisis o un reemplazo de componentes, si más de un componente es el

dañado reemplácelos en el correspondiente orden.

Para empezar la recolección de datos sobre el problema empiece con la acciones

iniciales. Utilice las funciones de chequeo para resolver o identificar un problema y

estar seguro de su reparación, realice las acciones finales después del chequeo de

funciones para asegurar la correcta reparación del problema.

- Acciones Iniciales

Use las acciones iniciales para recopilar datos sobre los problemas con la cama, anote

los síntomas u otros datos que describe el operador estos datos ayudaran a identificar la

más posible causa.

1. Está disponible alguien que pueda explicar el problema?

Si o (Ir al chequeo de funciones)

2. Pregunte a esta persona que indique o explique el problema este problema puede

ser demostrado?


Elaborado por: Patricio Cevallos A. Todas las fotos y tablas son propiedad del autor.

136

3. El problema es el resultado de una operación incorrecta del operario?


4. Capacítese al operario a través del manual de usuario. Para asegurar que la cama

opera correctamente realice el chequeo de funciones.

- Chequeo de Funciones

1. La cama y la balanza se encuentran conectados a la fuente de poder correcta?

Si o (Conecte la cama a la fuente de poder correcta, si el problema es

solucionado vaya a las acciones finales caso contrario siga con el siguiente paso.)

2. Pruebe las funciones de subir y bajar la cama. Todas la funciones de subir y

bajar la cama operan correctamente?

Si o (Asegurarse que todas las funciones de la cama no están bloqueadas si el

problema es solucionado vaya a las acciones finales caso contrario siga con el

siguiente paso.)

3. Presione el botón de elevación de espalda, la sección de la espalda se eleva?

Si o ( Vaya a ;o Opera la Posición Fowler de la Cama)

4. Presiones el botón de bajar la espalda, la sección de la espalda baja?

Si o (Vaya a ;o Opera la Posición Fowler de la Cama)

5. Presione el botón de subir rodillas, la sección de rodillas se eleva?

Si o (Vaya a ;o Opera la Función de Elevación de las Rodillas)

6. Presione el botón de bajar las rodillas, la sección de rodillas baja?

Si o (Vaya a ;o Opera la Función de Elevación de las Rodillas)

137

7. Presione el botón de subir la cama, esta subió?

Si o (Vaya a Subir y Bajar la Cama no Funciona)

8. Presione el botón de bajar la cama, esta bajó?

Si o (Vaya a Subir y Bajar la Cama no Funciona)

9. Con la cama en cualquier posición presione el botón trendelenburg la cama

adoptó esta posición?

Si o (Vaya a la Posición Trendelenburg no opera)

10. Con la cama en cualquier posición presione el botón trendelenburg inverso, la

cama adoptó esta posición?

Si o (Vaya a la Posición Trendelenburg inverso no opera)

11. Si la cama está frenada y la dirección bloqueada presione cada uno de los frenos

localizados en las llantas, la cama se puede mover libremente?

Si o (Revisar cada una de las llanta y reemplace las llantas que no operen de

forma correcta.)

12. Se inicializó correctamente la balanza y se realizó la función de tara?

Si o (Vaya a Función de la Balanza no opera correctamente)

13. La balanza se encuentra encendida y al momento de pesar al paciente este se

muestra en el display.


14. Se envió el dato del peso del paciente al computador.


138

15. Vaya a acciones finales.

inguna de las Posiciones de la Cama Funciona

1. Desconecte la cama del suministro eléctrico y deje que esta se enfríe por 20

minutos, conecte la cama nuevamente, la funciones de la cama no operan?

Si o (Vaya a las acciones finales)

2. El cable de poder está sujeto firmemente al conector en la caja de control?

Si o (Conecte firmemente el cable a los conectores en la caja de control, si

esto corrige el problema vaya a las acciones finales, caso contrario siga con el paso 4)

3. Todos los conectores de la caja de control están firmemente conectados?

Si o (Conecte firmemente todos los conectores en la caja de control, si esto

soluciona el problema vaya a las acciones finales, caso contrario siga con el siguiente

paso)

4. Chequee los fusibles en la caja de control localizado en la base de la cama, los

fusibles están bien?

Si o (Reemplace los fusibles adecuadamente)

5. Reemplace la caja de control si esto corrige el problema vaya a las acciones

finales caso contrario contacte al proveedor de la cama.

o Opera la Posición Fowler de la Cama

1. Al presionar los botones de elevación de la espalda se queda inmóvil esta

sección de la cama?


139

2. Conecte firmemente el conector del control y del motor correspondiente a la caja

de control. No opera la función de elevación de la espalda.


3. Se escucha un clic en la caja de control al presionar los botones de subir y bajar

el espaldar?

Si o (Cambie el mando de control)

4. Quitar el motor y verificar si no se encuentra bloqueado el mecanismo de

elevación.

Si o (Lubrique y desbloquee el mecanismo)

5. Reemplace el motor. Persiste el problema?

Si o (Vaya a acciones finales)

6. Llame al distribuidor de la cama.

o Opera la Función de Elevación de las Rodillas

1. Al presionar los botones de elevación de las rodillas se queda inmóvil esta

sección de la cama?


2. Conecte firmemente el conector del control y del motor correspondiente a la caja

de control. No opera la función de elevación de las rodillas.


3. Se escucha un clic en la caja de control al presionar los botones de subir y bajar?


140

4. Verifique que el plano inferior no se encuentre bloqueado a causa del

atascamiento tanto del rodamiento o de la barra que permite el cambio de

posición.

Si o (Mueva suavemente el plano inferior de la cama hasta desbloquear el

rodamiento o la barra)

5. Quitar el motor y verificar si no se encuentra bloqueado el mecanismo de

elevación.





Subir y Bajar la Cama no Funciona

1. Al presionar los botones de subir o bajar la cama esta se queda inmóvil?


2. Conecte firmemente los conectores del control y los motores. No operan las

funciones?


3. Se escucha un clic en la caja de control al presionar los botones de subir y bajar

el espaldar?


141

4. Quite los motores y verifique si no se encuentra bloqueado el mecanismo de

elevación.

Si o (lubrique y desbloquee el mecanismo)

5. Revise que las articulaciones de los brazos de elevación se encuentren libres al

movimiento y estén debidamente engrasadas.

Si o (Centre cada uno de los brazos y afloje las tuercas de los ejes hasta

obtener un movimiento deseado).

6. Reemplace el o los motores que no presenten movimiento. Persiste el problema?



Posición Trendelenburg no opera

1. Al presionar el botón de trendelenburg el somier de la cama no toma el ángulo

correcto respecto al horizontal?


2. El conector del control y del motor localizado en la base hacia la cabecera de la

cama, están firmemente conectados?

Si o (Conéctelos a la caja de control, si el problema persiste continúe con el

siguiente paso)

3. Opera normalmente la funciones de subir y bajar la cama?

Si o (Revise el correcto funcionamiento del motor indicado)

4. Se escucha un clic en la caja de control al presionar el botón?


142

5. Quite el motor y verifique si no se encuentra bloqueado el mecanismo de

elevación.




Si o (Centre cada uno de los brazos y afloje las tuercas de las chumaceras

hasta obtener un movimiento deseado).

7. Reemplace la caja de control. Persiste el problema?





Posición Trendelenburg inverso no opera

1. Al presionar el botón de trendelenburg inverso el somier de la cama no toma el

ángulo correcto respecto al horizontal?


2. El conector del control y del motor localizado en la base hacia la cabecera de la

cama, están firmemente conectados?

Si o (Conéctelos a la caja de control, si el problema persiste continúe con el

siguiente paso)

3. Opera normalmente la funciones de subir y bajar la cama?

Si o (Revise el correcto funcionamiento del motor indicado)

143

4. Se escucha un clic en la caja de control al presionar el botón?


5. Quite el motor y verifique si no se encuentra bloqueado el mecanismo de

elevación.




Si o (Centre cada uno de los brazos y afloje las tuercas de los ejes hasta

obtener un movimiento deseado).

7. Reemplace la caja de control. Persiste el problema?





Función de la Balanza no opera correctamente

1. La cama se encuentra en la posición más baja y nivelada con respecto al piso?

Si o (Nivele y coloque la cama en la posición más baja)

2. La fuente de poder de la balanza se encuentra correctamente conectada?

Si o (Conéctela firmemente a la fuente de alimentación)

3. Al encender la balanza se muestra en el display el mensaje “Sistema de Balanza

cama UCI” y pasa inmediatamente a la siguiente pantalla?

Si o (Continúe con el paso 10)

144

4. El peso que aparece en la pantalla es congruente con los objetos colocados sobre

la cama?

Si o (Vaya al paso 7)

5. Al presionar el botón tara paso el mismo valor numérico del peso?

Si o (Cambie la tarjeta de control)

6. Al presionar el botón pesar y sin colocar ningún otro objeto sobre la cama

aparece un valor diferente de 0?


7. Al colocar un peso patrón sobre la cama el peso mostrado en el dispaly no

coincide con el peso patrón?


8. Ajuste el potenciómetro localizado en la placa para la calibración de la balanza.

Persiste el problema?


9. Se encuentra conectado correctamente el control de la balanza a la fuente de

poder?

Si o (Conecte adecuadamente la fuente de poder al circuito de control

tomando en cuenta los voltajes y polaridades)

10. Se enciende el módulo del display y se encuentra conectado al control de la

balanza?

Si o (Conecte correctamente el cable)

11. El cable de conexión no presenta daños en su estructura?

145

Si o (Cambie el cable)

12. Desconecte todas las celdas de carga de la placa de control de la balanza y revise

las impedancias de los cables de señal y de alimentación, ¿coinciden por las

dadas del fabricante?

Si o (Continúe con el paso 14)

13. Cambie la tarjeta de control. Persiste el problema?


14. Cambie las celdas dañadas. Persiste el problema?


15. Póngase en contacto con el proveedor.

- Acciones finales

1. Realice un mantenimiento preventivo a la cama, engrasando las partes que

tienen movimiento y revisando que las diferentes partes que componen el equipo

se encuentren en buen estado.

2. Documéntese el problema y las acciones tomadas, para llevar un registro y

control.

Para una mejor comprensión de este manual guíese por el diagrama de flujo para la

resolución de problemas mostrado en la siguiente figura.

146

Figura 4-1 Diagrama de flujo para la resolución de problemas

147


148

4.3.2 Ensamblaje de la Cama

1. En él extremo de las celdas de carga identificado por una flecha se acoplan las

platinas de conexión con los pernos avellanados de cabeza Allen de 6 mm. los

mismos que se ajustan con un torque máximo de 10 N.

2. A cada platina de conexión se sujeta una garrucha con el respectivo cubre celda

a través de pernos 5/16 por 1/2 pulgada. El procedimiento aquí descrito se puede

apreciar en la figura 4.1.

3. Sobre un par de bancos se coloca la base de la cama; en cada esquina de la base

se colocan los separadores de la celda de carga y la base, procurando que los

orificios de la base, el separador y la celda queden alineados para luego ajustarse

a través de los pernos cabeza Allen de 6 mm. Esto se puede ilustrar con el

despiece de la base en la figura 4.2.

4. En cada uno de los brazos del elevador inferior A se coloca el bocín de plástico

en el orificio de 11.5 mm.

5. Se procede a unir el elevador inferior A con el elevador superior A mediante

pernos colocados en los orificios de los brazos que permiten formar la

articulación.

6. De igual manera a los pasos 4 y 5 se procede con la colocación de bocines en el

elevador inferior B y la unión con el elevador suprior B.

7. El elevador superior A se une al somier de la cama por medio de las chumaceras

las mismas que son ajustadas con pernos de 5/16. Se debe lubricar las

chumaceras y las puntas del eje para que permitan un movimiento suave del eje

de mayor longitud.

149

8. Se coloca el elevador B, a diferencia del elevador A se deben ajustar las

chumaceras al somier de la cama para restringir parcialmente el movimiento del

eje de mayor longitud, además se cruzará un perno en los extremos del eje

superior de 3/8 atravesando también el somier y la chumacera. Se debe procurar

que el ángulo formado entre los brazos del elevador superior B y el somier de la

cama sea de 25 a 30°.

9. Con la ayuda de otra persona se procede a bajar de los bancos la base de la

cama, para colocar el somier sobre los mismos.

10. Los ejes inferiores se debe procurar que queden centrados en los huecos de la

base de la cama, para luego colocar sobre los ejes las chumaceras y ajustar a la

base con los pernos 5/16.

11. Cada uno de las fijaciones traseras de los actuadores de 100 mm. de carrera se

colocan en los extremos de la platina ubicada en el centro de la base de la cama

por medio de un perno de 10 mm. de diámetro. Los vástagos de los actuadores

se fijan entre las platinas ubicadas en el centro de los ejes, de igual manera

mediante pernos de 10 mm.

12. El actuador de 132 mm. de carrera es utilizado para realizar la posición fowler y

es colocado en el somier de la cama.

13. El actuador de 77 mm. de carrera para que realice el movimiento de elevación de

rodillas se coloca en el somier de la cama, todo lo antes descrito se lo puede

observar de forma grafica en la figura 4.3.

14. Se atornillan cada una de las piezas de melamínico, de acuerdo a las medidas

sobre cada uno de los planos que conforman la cama.

150

15. Se coloca el cabero y piecero de la cama sobre los extremos de la misma, y se

ajustan firmemente al somier través de los pernos de 9/16 de pulgada localizados

en cada esquina del mismo. La colocación tanto de los tableros de melamínico

como el cabero y piecero se lo puede observar en la figura 4.4.

4.3.3 Despiece

En esta sección se muestra la posición en la cual están colocadas cada una de las piezas

con las que se forma el prototipo.

Despiece rueda/celda

Figura 4-2 Despiece rueda/celda

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuente: SolidWorks 2009.

151

Despiece de la base

Figura 4-3 Despiece de la base

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Fuunte: SolidWorks 2009.

152

Despiece y armado general

Figura 4-4 Despiece y armado general


153

Despiece Somier

Figura 4-5 Despiece somier


4.4 MAUAL DE USUARIO

En este manual se detallan la forma correcta de manejo del prototipo. Esta dirigido al

personal médico y de enfermería que estará al cuidado del paciente.

4.4.1 Definición de los símbolos del manual

El manual contiene una serie de iconos y signos que facilitará

manejo del producto.

Símbolos para Advertencia y Precaución

Las advertencias son las situaciones o acciones que pueden afectar a la seguridad del

paciente o del usuario. El hecho de ignorarlas puede provocar daños al paciente o al

usuario.

Las precauciones hacen referencia a cuidados o procedimientos a seguir por parte del

personal de asistencia para evitar daños en el equipo,

Símbolo de advertencia de peligro de aplastamiento

Símbolo de advertencia de peligro químico

Símbolo de descarga eléctrica

154

MAUAL DE USUARIO



ón de los símbolos del manual

El manual contiene una serie de iconos y signos que facilitará

Símbolos para Advertencia y Precaución




personal de asistencia para evitar daños en el equipo,

Símbolo de advertencia de peligro de aplastamiento

Símbolo de advertencia de peligro químico

descarga eléctrica

Elaborado por: Patricio Cevallos A. Todas las fotos y tablas son propiedad del autor.



El manual contiene una serie de iconos y signos que facilitarán su comprensión, y




Elaborado por: Patricio Cevallos A. son propiedad del autor.

155

Uso previsto

La cama se ha diseñado para utilizarse en entornos de asistencia sanitaria, especialmente

para el área de cuidados intensivos.

4.4.2 Introducción

Este manual proporciona instrucciones para el uso normal de la cama. Antes de empezar

a manipular la misma léase y analice detenidamente el contenido de este manual. Se

debe seguir cuidadosamente todos los aspectos relativos a la seguridad consignados en

el presente manual.

Componentes

Componente Descripción A Control de posición de la cama B Freno y dirección de cuatro ruedas

C Baranda de cabecera D Baranda de pie de cama

E Ruedas móviles de 120 mm. F Receptáculo de soporte para equipos G Amortiguadores de golpes en las esquinas

H Display y control de la Balanza I Compartimiento de Control

A

E B

I

G

H

D

C

La cama ofrece además las siguientes funciones:

• Batería de reserva (Back up)

• 4 motores de CC

• Articulación completa de la cama: subir/bajar cama, cabeza y rodillas y

posiciones trendelenburg y antitrendelenburg.

• Control de posición de la cama

• Bascula incorporada

• Indicador de peso del paciente

• Conexión serial hacia una computadora para el regis

4.4.3 Características del paciente

Advertencia:

• No utilice el producto si la altura, anchura y peso del paciente se encuentra

fuera de los intervalos recomendados. Pueden producirse lesiones al paciente o

daños en el equipo.

Altura: 140 cm a 185 cm

Anchura: 88 cm.

Peso máximo del paciente: 200 kg.

Carga de trabajo segura: 35

soportes, bolsas, bombas de IV, etc.

156

La cama ofrece además las siguientes funciones:

Batería de reserva (Back up).

4 motores de CC.

Articulación completa de la cama: subir/bajar cama, cabeza y rodillas y

posiciones trendelenburg y antitrendelenburg.

Control de posición de la cama.

Bascula incorporada.

Indicador de peso del paciente.

Conexión serial hacia una computadora para el registro y control de peso.

Características del paciente

Advertencia:

No utilice el producto si la altura, anchura y peso del paciente se encuentra


daños en el equipo.

cm a 185 cm

Peso máximo del paciente: 200 kg.

Carga de trabajo segura: 350 kg. máximo, incluyendo el peso del paciente, colchón,

soportes, bolsas, bombas de IV, etc.

Articulación completa de la cama: subir/bajar cama, cabeza y rodillas y

tro y control de peso.

No utilice el producto si la altura, anchura y peso del paciente se encuentran


máximo, incluyendo el peso del paciente, colchón,

4.4.4 Instrucciones de uso

Utilización del control de posición de paciente pa

Advertencia:

• Tenga cuidado de bajar el armazón de la cama. Para evitar lesiones, asegúrese de

que ninguna extremidad descansa bajo el armazón de la cama mientras este baja,

• Antes de bajar la cama, compruebe que no haya obje

puedan obstruir el movimiento, estos podrían causar lesiones graves o daños al

equipo.

El control de posición del paciente, está conectado al modulo central por un cable

extensible y debe ser colocado fuera del alcance del paciente.

Subir y bajar la sección de cabecera

Suba la sección de cabecera hasta la posición deseada manteniendo pulsado el control

de flecha Subir cabeza.

inclinación de 60º.

Baje la sección de cabecera hasta la posición deseada manteniendo pulsado el control de

flecha Bajar cabeza.

157

Instrucciones de uso

Utilización del control de posición de paciente para uso del personal sanitario.

Advertencia:

Tenga cuidado de bajar el armazón de la cama. Para evitar lesiones, asegúrese de


Antes de bajar la cama, compruebe que no haya objetos debajo de esta que



extensible y debe ser colocado fuera del alcance del paciente.

Figura 4-6 Control de posición de la cama

y bajar la sección de cabecera


Subir cabeza. La sección de cabecera puede elevarse hasta alcanzar una


Bajar cabeza.

ra uso del personal sanitario.

Tenga cuidado de bajar el armazón de la cama. Para evitar lesiones, asegúrese de


tos debajo de esta que




cabecera puede elevarse hasta alcanzar una


158

Figura 4-7 Botones posición fowler

Subir y bajar la sección de rodillas

Suba la sección de rodillas hasta la posición deseada manteniendo pulsado el control de

flecha Subir rodillas. La sección de rodillas puede elevarse hasta alcanzar una

inclinación de 30º.

Baje la sección de rodillas hasta la posición deseada manteniendo pulsado el control de

flecha Bajar rodillas.

Figura 4-8 Botones elevación de rodillas

Subir y bajar la cama

La altura de la cama puede regularse de la posición baja, prevista para la salida del

paciente, a la posición alta, destinada a la realización de exámenes. Utilice el control

Subir/Bajar cama para subir o bajar la cama hasta situarla a la altura deseada.

Mantenga pulsado el control de flecha Subir cama para subir la cama hasta la posición

deseada.

Figura 4-9 Botones elevación de la cama

Botón Subir

Cabeza

Botón Bajar

Cabeza

Botón Subir Cama

Botón Bajar Cama

Botón Subir

Rodillas

Botón Subir Bajar

Advertencia

• Tenga cuidado al bajar el armazón de la cama, Para evitar lesiones, asegúrese de

que ninguna extremidad descanse bajo el armazón de la cama mientras éste baja.

Mantenga pulsado el control de flecha

deseada.

Colocar la cama en las posiciones Trendelenburg y Trendelenburg inversa

Advertencia:

• Antes de colocar la cama en la posición Trendelenburg o Trendelenburg inversa,

asegúrese de que el extremo de la cama, u

encuentre al menos 15 cm. Separado de la pared. Si no lo hace, podrían

producirse lesiones personales o daños en el equipo.

• Antes de colocar la cama en la posición Trendelenburg o Trendelenburg inversa,

asegúrese de que el

lo hace, podrían producirse lesiones personales o daños en el equipo.

Las posiciones Trendelenburg o Trendelenburg inversa, de la cama pueden regularse

desde cualquier altura a la que se encuen

para esto.

Mantenga pulsado el botón Trendelenburg para lograr dicha posición hasta llegar a la

inclinación deseada.

Mantenga pulsado el botón Trendelenburg inverso para lograr dicha posición hasta

llegar a la inclinación deseada.

159

Advertencia

Tenga cuidado al bajar el armazón de la cama, Para evitar lesiones, asegúrese de


Mantenga pulsado el control de flecha Bajar cama para bajar la cama hasta la posición


Advertencia:

Antes de colocar la cama en la posición Trendelenburg o Trendelenburg inversa,

asegúrese de que el extremo de la cama, una vez elevada completamente, se


producirse lesiones personales o daños en el equipo.


asegúrese de que el área situada debajo de la cama está libre de obstáculos. Si no



desde cualquier altura a la que se encuentre la misma, utilizando los botones marcados



inclinación deseada.

Tenga cuidado al bajar el armazón de la cama, Para evitar lesiones, asegúrese de


para bajar la cama hasta la posición



na vez elevada completamente, se



área situada debajo de la cama está libre de obstáculos. Si no



tre la misma, utilizando los botones marcados



Figura

Balanza

Advertencia:

• Al transportar al paciente se debe evitar golpes

ya que podría afectar en la sensibilidad de la medición, incluso inhabilitar por

completo a la balanza.

Procedimiento:

1. Antes de pesar al paciente asegúrese de que la cama se encuentre en la posición

más baja, nivelada y las

2. Preparar la cama con todos los objetos que estarán sobre la misma mientras dure

la estancia del paciente.

3. Encienda la balanza, espere un momento hasta que aparezca el peso de los

objetos que están sobre la cama.

4. Presionar el botón de encerar la balanza, y esperar hasta que el peso pase a la

tara de la balanza.

5. Presione el botón pesar, la siguiente pantalla aparecerá el valor de 0 quedando

lista la cama para recibir al paciente.

6. Cada vez que sea necesario registrar el peso del

pesar y automáticamente saldrá en la pantalla el peso del paciente sea en el

BotónTrendelenburg

160

Figura 4-10 Botones trendelenburg/trendelenburg inverso

Advertencia:

Al transportar al paciente se debe evitar golpes fuertes en las ruedas de la cama


completo a la balanza.

Antes de pesar al paciente asegúrese de que la cama se encuentre en la posición

más baja, nivelada y las 4 ruedas deben estar frenadas.

Preparar la cama con todos los objetos que estarán sobre la misma mientras dure

la estancia del paciente.

Encienda la balanza, espere un momento hasta que aparezca el peso de los

objetos que están sobre la cama.

botón de encerar la balanza, y esperar hasta que el peso pase a la

tara de la balanza.

Presione el botón pesar, la siguiente pantalla aparecerá el valor de 0 quedando

lista la cama para recibir al paciente.

Cada vez que sea necesario registrar el peso del paciente presionar el botón


Botón Trendelenburg Trendelenburg

Botones trendelenburg/trendelenburg inverso

fuertes en las ruedas de la cama


Antes de pesar al paciente asegúrese de que la cama se encuentre en la posición

Preparar la cama con todos los objetos que estarán sobre la misma mientras dure

Encienda la balanza, espere un momento hasta que aparezca el peso de los

botón de encerar la balanza, y esperar hasta que el peso pase a la

Presione el botón pesar, la siguiente pantalla aparecerá el valor de 0 quedando

paciente presionar el botón


Botón Trendelenburg

Inverso

mando de control o en el computador, el dato de peso será registrado en el

computador junto con la fecha y hora de la toma.

7. En el programa suministrad

paciente, fecha de ingreso.

Cada vez que se ingrese un nuevo paciente se debe apagar la balanza y seguir la rutina

antes descrita.

Receptáculos de soporte para equipos

Puede instalar un soporte

cabecera de la cama.

Paneles de los extremos de la cama

La cama dispone de pernos para instalar los paneles de los extremos de la cama.

Instale un panel en un extremo de la cama insertándolo en los dos pernos horiz

situados en los extremos de la cama, luego de un pequeño ajuste.

Amortiguadores de golpes

Los amortiguadores de golpes se encuentran en ambos extremos de la cama.

Freno y dirección de las ruedas

Advertencia:

• Normalmente, los pacientes se apoyan

siempre los frenos cuando la unidad este ocupada, salvo cuando traslade al

paciente.

161


computador junto con la fecha y hora de la toma.

En el programa suministrado con la balanza se debe colocar el nombre del

paciente, fecha de ingreso.


Receptáculos de soporte para equipos

Puede instalar un soporte en el receptáculo de soporte para equipos situado en la

Paneles de los extremos de la cama


un panel en un extremo de la cama insertándolo en los dos pernos horiz

situados en los extremos de la cama, luego de un pequeño ajuste.

Amortiguadores de golpes


Freno y dirección de las ruedas

Advertencia:

Normalmente, los pacientes se apoyan en la cama para levantarse, active



o con la balanza se debe colocar el nombre del


lo de soporte para equipos situado en la


un panel en un extremo de la cama insertándolo en los dos pernos horizontales


en la cama para levantarse, active


Las ruedas de freno se encuentran en las cuatro esquinas de la cama.

Para activar el freno, pise el extremo inferior de la palanca de freno para bloquear la

rueda.

Para desactivar el freno, pise el extremo superior de la palanca de freno para empujarla

hacia delante y desbloquear la rueda.

(a)Rueda sin freno

Tiras de contención del paciente

Advertencia:

• Los dispositivos de contención para el paciente no pretenden reemplazar los

cuidados que debe proporcionar el personal sanitario. Aunque estén

correctamente instalados, los dispositivos de contención pueden hacer que el

paciente se enganche o se lesiones, e incluso provocar su muerte, especialmente

en el caso de pacientes nerviosos o des

haya instalado un dispositivo de contención de acuerdo con los requisitos legales

y los protocolos del centro.

162




hacia delante y desbloquear la rueda.

Figura 4-11 Ruedas con y sin freno.

(a)Rueda sin freno (b) Rueda con freno y bloqueo de dirección

Tiras de contención del paciente

Advertencia:

Los dispositivos de contención para el paciente no pretenden reemplazar los

que debe proporcionar el personal sanitario. Aunque estén



en el caso de pacientes nerviosos o desorientados. Observe al paciente al que


y los protocolos del centro.




(b) Rueda con freno y bloqueo de dirección

Los dispositivos de contención para el paciente no pretenden reemplazar los

que debe proporcionar el personal sanitario. Aunque estén



orientados. Observe al paciente al que


La instalación de tiras de contención para el paciente se coloca en el marco principal de

la cama a ambos lados de la superficie de descanso.

4.4.5 Limpieza

Se recomienda limpiar la unidad con detergente y agua tibia.

• Desenchufe la unidad de la toma eléctrica

• No exponga la unidad a ambientes con una humedad excesiva, pueden dañar los

mecanismos de la unidad.

• No utilice productos de limpieza abrasivos.

• No utilice ningún dispositivo de limpieza a vapor con la unidad

• Para eliminar las manchas rebeldes, se recomienda utilizar productos de

limpieza convencionales de uso doméstico y un cepillo de ce

disolver la suciedad seca o difícil de limpiar, se deberá empapar la mancha.

Desinfección:

Se recomienda desinfectar la unidad con un desinfectante cuando se cambie de paciente

y siempre que se detecten manchas visibles.

4.4.6 Mantenimiento

Se debe realizar el mantenimiento preventivo anual para asegurar de que todas las

funciones funcionan correctamente. Especial atención a las funciones de seguridad:

• Sistemas de freno de las ruedas

• Cables y componentes eléctricos

163


lados de la superficie de descanso.

Se recomienda limpiar la unidad con detergente y agua tibia.

Advertencia:

Desenchufe la unidad de la toma eléctrica.

No exponga la unidad a ambientes con una humedad excesiva, pueden dañar los

de la unidad.

No utilice productos de limpieza abrasivos.

No utilice ningún dispositivo de limpieza a vapor con la unidad

Para eliminar las manchas rebeldes, se recomienda utilizar productos de

limpieza convencionales de uso doméstico y un cepillo de ce



y siempre que se detecten manchas visibles.

Mantenimiento

debe realizar el mantenimiento preventivo anual para asegurar de que todas las


Sistemas de freno de las ruedas.

Cables y componentes eléctricos.


No exponga la unidad a ambientes con una humedad excesiva, pueden dañar los

No utilice ningún dispositivo de limpieza a vapor con la unidad.

Para eliminar las manchas rebeldes, se recomienda utilizar productos de

limpieza convencionales de uso doméstico y un cepillo de cerdas suaves. Para



debe realizar el mantenimiento preventivo anual para asegurar de que todas las


• Funcionamiento del

• Batería de reserva.

• Celdas de carga

• Precisión de la balanza

Posiciones de la cama

Advertencia:

Es recomendable que la cama permanezca en la posición

paciente no está

que podrán producirse si el paciente se cae de la cama.

Si el estado del paciente implica riesgo de que pueda quedar atrapado, la

plataforma de descanso debe permanecer en la posición horizonta

mientras no está

Cuando se disponga a cambiar la posición de la cama, asegúrese de que manos,

pies y equipo se encuentren alejados de las articulaciones del armazón.

Seguridad eléctrica

Peligro de aplastamiento:

Los riesgos asociados al uso de camas eléctricas superan los riesgos más obvios de que

se produzca una descarga eléctrica. Siempre que se estén realizando operaciones de

reparación en la cama, desconéctela de la fuente de alimentación y desconecte la batería

de reserva. Si no lo hace, podrían producirse lesiones personales o daños en el equipo.

Peligro de descarga eléctrica

El equipo eléctrico puede provocar una descarga eléctrica164

Funcionamiento del control.

Batería de reserva.

Celdas de carga.

Precisión de la balanza.

Posiciones de la cama

Advertencia:

Es recomendable que la cama permanezca en la posición

está vigilado. De este modo, disminuye la gravedad de las lesiones

que podrán producirse si el paciente se cae de la cama.


plataforma de descanso debe permanecer en la posición horizonta

está vigilado.



Peligro de aplastamiento:

dos al uso de camas eléctricas superan los riesgos más obvios de que



no lo hace, podrían producirse lesiones personales o daños en el equipo.

Peligro de descarga eléctrica

El equipo eléctrico puede provocar una descarga eléctrica.

Es recomendable que la cama permanezca en la posición más baja mientras el

vigilado. De este modo, disminuye la gravedad de las lesiones


plataforma de descanso debe permanecer en la posición horizontal y más baja



dos al uso de camas eléctricas superan los riesgos más obvios de que



no lo hace, podrían producirse lesiones personales o daños en el equipo.

Un uso o una manipulación inadecuada del cable de alimentación podrían dañarlo. Si el

cable de alimentación está dañado, retire inmediatamente la cama de servicio y póngase

en contacto con personal de mantenimiento.

Batería de reserva

• La cama dispone de una batería de reserva que permite el funcionamiento de los

motores en caso de falta o f

subir/bajar la cama, cabeza y rodillas posiciones Trendelenburg y Trendelenburg

inversa.

Cabe indicar que si la batería está completamente descargada, puede tardar hasta 5 horas

en recargarse. Para asegurar de

una fuente de alimentación adecuada siempre que sea posible.

Precaución:

Si la cama no va a utilizarse durante un

personal de mantenimiento para que sea retirada la batería. De lo contrario podría

ocasionar una reducción de la vida útil de la batería

165



en contacto con personal de mantenimiento.

La cama dispone de una batería de reserva que permite el funcionamiento de los

motores en caso de falta o fallo de suministro eléctrico, de las funciones



en recargarse. Para asegurar de que la batería siempre esté cargada, conecte la cama a

una fuente de alimentación adecuada siempre que sea posible.

Figura 4-12 Batería de Backup

Si la cama no va a utilizarse durante un período de tiempo prolongado, comunique al


ocasionar una reducción de la vida útil de la batería.



La cama dispone de una batería de reserva que permite el funcionamiento de los

allo de suministro eléctrico, de las funciones



que la batería siempre esté cargada, conecte la cama a

período de tiempo prolongado, comunique al


166

4.4.7 Resolución de Problemas

Calentamiento en exceso del Sistema de Control

El Sistema de Control de la cama dispone de un Sistema de autoprotección que evita

que se caliente en exceso. Para contribuir a garantizar que la cama no se calienta en

exceso, tome las siguientes medidas durante las operaciones clínicas:

No haga funcionar los motores durante más tiempo que el necesario ( 2

minutos de funcionamiento, 18 de descanso).

No ejecute más de dos funciones al mismo tiempo.

En caso de que la cama se apague después de un funcionamiento prolongado, haga lo

siguiente:

Desconecte la cama de la fuente de alimentación

Espere 20 minutos para que la cama se enfríe.

Enchufe la cama en una fuente de alimentación adecuada

Si el problema persiste póngase en contacto con mantenimiento.

4.4.8 Especificaciones Técnicas

Medidas de la cama

Componente Medidas Longitud incluido piecero y cabecero 2030 mm.

Longitud de la plataforma de descanso 1900 mm. Anchura máxima: 910 mm. Anchura de la plataforma de descanso 890 mm.

Altura máxima de la cabecera 1220 mm. Espacio mínimo bajo la cama 170 mm.

Altura a la base 205 mm. Tamaño de la rueda 120 mm.

Peso Total 110 kg.

167

Especificaciones de la cama

Componente Medidas

Inclinación de la sección de la cabecera (máxima) 50º Inclinación de la sección de rodillas (máxima) 40º

Intervalo de altura de la plataforma de descanso 170 mm – 370 mm. Posición Trendelenburg (máxima) 8º

Posición Trendelenburg inversa (máxima) 6º Capacidad de elevación de la sección de cabecera (máxima) 110 kg Capacidad de elevación de la sección de pie de cama (máxima) 115 kg

Capacidad de elevación de la cama (carga de trabajo máxima segura)

225 kg

Altura máxima de la cama desde el piso 710 mm

Capacidad máxima de pesaje de la balanza incluido peso de la cama

400 kg.

Intervalo de medición de la balanza 1 kg

Precisión de la balanza +- 1 kg.

Requisitos de alimentación de la red

Condición Rango Tensión estimada 7 A Alimentación / entrada 110 V AC Frecuencia 50Hz

Especificaciones de la batería

Condición Rango Vida máxima de la batería (sin activar ninguna función y la cama desconectada de la fuente de alimentación)

3 meses

Tiempo necesario para recargar una batería totalmente descargada

6 horas para recargar, para utilizar por primera se debe recargar por 24 horas

úmero máximo de ciclos de subir/bajar con una batería totalmente cargada: Con 0 kg sobre la cama 25 ciclos

Con 113 kg sobre la cama 22 ciclos Con 204 kg sobre la cama 16 ciclos

168

CAPITULO V

5. COCLUSIOES Y RECOMEDACIOES

5.1 Conclusiones

• La construcción de este prototipo puede constituir una alternativa viable a las

camas que existen el mercado.

• Se alcanzaron los objetivos planteados al principio de la tesis.

• Las simulaciones realizadas al diseño por computadora permitieron comprobar

que los cálculos de los diferentes elementos fueron correctos y que satisfacen el

diseño.

• En la prueba de campo se comprobó la funcionalidad y solidez del diseño del

prototipo en lo referente al plano mecatrónico.

• Con la utilización de los actuadores lineales eléctricos, para la ejecución de los

diferentes movimientos de la cama se logró simplificar el diseño además de

brindar solidez al mismo.

• Es indispensable que en el diseño de esta cama se tenga uno de los ejes fijos a su

somier para que el prototipo tenga estabilidad y no se presenten cambios de

posición abruptos e inesperados.

• La colocación de cuatro celdas de carga permitió, tomar el peso del paciente

acostado, ya que el peso se distribuye uniformemente sobre las celdas de carga.

169

• Con el diseño actual de la cama, se debe transportarla únicamente por lugares

totalmente planos sin ninguna irregularidad en el piso, estas pueden causar daños

a la precisión de las celdas de carga que se encuentran situadas sobre las ruedas.

• El desplazamiento horizontal de somier que ocurre cuando se eleva la cama no

afecta la estabilidad de la cama.

5.2 Recomendaciones

• Es necesario para tomar el peso del paciente que la base de la cama se encuentre

nivelada, el somier en la posición más baja y todas las ruedas completamente

asentadas sobre el piso.

• Los brazos y ejes de la cama deben estar correctamente alineados para evitar

rozamiento y se produzca una fuerza adicional innecesaria en los motores.

• Con la finalidad de complementar el prototipo en un futuro se puede aumentar el

movimiento de lateralización a la cama.

• Las sugerencias brindadas por el personal médico y de enfermería que probó la

cama pueden servir de punto de partida para continuar con la mejora del

prototipo.

• Para un mejora al prototipo en un futuro se debe cambiar el lugar de las celdas

de carga o en su defecto rediseñar la balanza, para que la cama pueda ser rodada

sin peligro a daños en la celdas.

170

• Para mejorar la sensibilidad de la balanza se deben aumentar más filtros tanto

pasivos como activos a la tarjeta de control, además de filtros digitales en la

programación del microcontrolador, para limpiar el ruido que pueda existir en la

señal de las celdas de carga y afectar a la medición.

171

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24. Zemic Europe. (Enero de 2010). Recuperado el 21 de Mayo de 2010, de

http://www.zemic.nl

174

AEXOS

Anexo 1 Propiedades de las áreas.

175

Anexo 2 Propiedades del Acero AISI 4140

176

Anexo 3. Flujograma de diseño

177

Anexo 4 Fo tografías del proceso constructivo y pruebas del prototipo

Cama original Preparación del somier

Brazos de palanca Piezas de los ejes

Alineación de los brazos Soldando las partes del eje

178

Estructura de la base Estructura de la base pintada

Fabricación de las chumaceras Chumaceras

Base de la cama Somier de la cama

179

Accesorios Primer montaje

Montaje de la balanza Circuito en protoboard de la balanza

Piezas mecánicas antes de pintar Armado del somier de la cama

180

Ajuste del eje inferior del somier Caja de control de la cama

Cabacero de la cama Colocación del cabecero de la cama

Display de balanza Control y display de la balanza

181

Prototipo terminado Foto obtenida del diseño CAD.

Fotografías de la prueba de la cama en el Hospital del IESS Ibarra.

182

Anexo 5. Prototipo CAD implementado mejoras de diseño.

Barandas de seguridad laterales

Piecero y cabecero fácilmente

desmontables

183

Anexo 6 Planos constructivos de la cama y circuitos PCB de la balanza

175

185

46,2

50

92,5

00

46,2

50

700

545

545

410

300

1600

500

600

122

22,500

33,4

01

1500

50

A

170

5011

0375,500

Vista Isométrica

15

19

7,200

DETALLE A ESCALA 1 : 5

Vista Superior

Vista lateral derecha

B

C

D

1 2

A

321 4

B

A

5 6

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE

SCALE:1:15 SHEET 1 OF 1

A4

C

WEIGHT:

Automatizacion de una cama de cuidados intensivos del hospital

Carlos Andrade MarínCOMENTARIOS

Patricio Cevallos A.

Dr. Fausto Freire

Base Cama

175

185

46,2

50

92,5

00

46,2

50

1830

605

911

900

225

884

106

13

A

5035

17,50035

10

30

Vista Isométrica60

,4

20

DETALLE A ESCALA 1 : 6

Vista superior


B

C

D

1 2

A

B

A

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:

Modificaciones al somier




Dr. Fausto Freire

C

D

1 2

321 4 5 6

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:




Dr. Fausto Freire

175

185

46,2

50

92,5

00

46,2

50

870

214,

719

9,5

3819

9,5

214,

7

428,

6

9,2

9,2

46

6

302

50

262

30

10,100

25

Vista Isométrica

Vista Superior


B

C

D

1 2

A

B

A

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:




Dr. Fausto Freire

B

C

D

1 2

A

321 4

B

A

5 6

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:




Dr. Fausto Freire

Elevador superior A

B

C

D

1 2

A

321 4

B

A

5 6

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:




Dr. Fausto Freire

190

180

150

140

10,10

0

30

120°

11,500

Vista Lateral Derecha670

30

316 3161071073636

2666

Vista Superior

Vista IsométricaB

C

D

1 2

A

B

A

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:

Elevador inferior A




Dr. Fausto Freire

B

C

D

1 2

A

321 4

B

A

5 6

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:




Dr. Fausto Freire

175

185

46,2

50

92,5

00

46,2

50

870

199,

521

4,7

38

214,

719

9,5

38

428,

69,

26

46

257

50

217

25

30

Vista Isométrica

Vista Superior


B

C

D

1 2

A

B

A

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:

Elevador Superior B




Dr. Fausto Freire

B

C

D

1 2

A

321 4

B

A

5 6

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:




Dr. Fausto Freire

360320

19015

0

50

50

120°

30

10,100

11,500

670

107316

36

316107

26 66

Vista isométrica

Vista Superior


C

D

1 2

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:

Elevador inferior B




Dr. Fausto Freire

C

D

1 2

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:




Dr. Fausto Freire

B

C

D

1 2

A

321 4

B

A

5 6

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:




Dr. Fausto Freire

50

115

20

309

20

1030

R5

R18 R15

30

3

15

42,50042,500

Vista Isométrica

Vista Superior Vista lateral derecha

B

C

D

1 2

A

B

A

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:

Chumacera




Dr. Fausto Freire

B

C

D

1 2

A

321 4

B

A

5 6

DISEÑADO POR:

REVISADO POR:

NOMBRE

REVISION

PROYECTO

PARTE


A4

C

WEIGHT:




Dr. Fausto Freire

PCB display de la balanza

PCB control de la balanza

automatizacion cama uci -...

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