Instituto Politecnico Nacional

Escuela Superior de Ingenierıa Mecanica y Electrica

Ingenierıa en Control y Automatizacion

Unidad Profesional Adolfo Lopez Mateos Zacatenco

DISENO DEL SISTEMA DE CONTROL DE

PROCESOS PARA UNA AUTOCLAVE HIBRIDA

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN CONTROL

Y AUTOMATIZACION

P R E S E N T A N:

Cortes Munguia Joel

Suarez Juarez Ulises

ASESORES:

M. en C. Pedro Francisco Huerta Gonzales

M. en C. Mauricio Aaron Perez Romero

Mexico D.F.a 18 de Marzo 2015

1

Agradecimientos y dedicatorias

Agradezco y dedico este trabajo desde el fondo de mi corazón a mi mamá Yolanda

Munguía Peña por todo su apoyo durante mi vida estudiantil. Gracias por todos sus

desvelos, desde que aprendí a leer y a escribir hasta ahora que con su amor y consejos

logré este trabajo, que es la culminación de 4 años y medio de esfuerzo, trabajo y

sacrificio. Esa gran mujer que me enseñó a ser un gran hombre, mamá, te amo.

A mi papá Raymundo Cortés Alcántara gracias por todo lo que he vivido a tu lado

desde que inicié la carrera, no sé qué sería de mí sin ti. Gracias por haber estado ahí a

mi lado cuando fui a realizar mi examen de ingreso a esta hermosa institución, el

Instituto Politécnico Nacional, y ahora estás de nueva cuenta aquí a mi lado, al realizar

mi examen profesional, gracias por tus consejos, apoyo incondicional, y por tu amor, te

amo papá.

A mis hermanos Omar Cortés Munguía y Diana Cortés Munguía, también les quiero

agradecer por todas las aventuras que he vivido a su lado durante mi carrera, ustedes

me han dejado muchas enseñanzas, los amo.

También quiero agradecer y dedicar ésta tesis, a mis tíos Silvia Munguía, Leopoldo

García, Raúl Munguía, Alejandra Velázquez que me han creído en mí, que me han

apoyado siempre y que nunca me han dejado solo. De igual manera agradezco y

dedico este trabajo a mis angelitos que desde arriba me cuidan y que nunca olvidaré…

Mis abuelitos Yolanda Peña, Raúl Munguía y mi tío Román Javier Munguía que me

vieron en vida comenzar esta gran historia, pero que desde el cielo me ven culminarla.

De igual manera agradezco a mis abuelitos Natividad Alcántara y Gregorio Cortés, por

creer en mí y apoyarme.

Gracias a mis profesores M. en C. Mauricio Aarón Pérez y al Ing. Pedro Francisco

Huerta por compartir sus conocimientos y que con su apoyo, dedicación y consejos

éste trabajo fue posible.

Cortés Munguía Joel

2

Agradecimientos y dedicatorias.

Le agradezco al universo por la oportunidad de vivir.Agradezco a mi padre Ernesto

Suárez por ser un hombre ejemplar y soporte en mi vida, gracias por ser un hombre

entregado, apasionado, amoroso, comprometido y estar siempre para mí, sin importar

la hora, el día o el lugar; sin ti yo no sería quien soy y no estaría aquí, no sé cómo

agradecerte todo lo que haces por mí; solo puedo decir gracias por existir, este trabajo

te lo dedico a ti, mi superhéroe favorito, te amo papá. Agradezco a mi madre Norma E.

Juárez y a mi hermana Ana Victoria Morales, sin ustedes nada de lo que hago hubiera

sido posible, sus enseñanzas y lecciones me forjaron para ser el hombre que soy ahora,

mamá gracias por demostrarme que a la vida siempre se le sonríe pase lo que pase, y a

ti Anvi gracias por darme el valor para enfrentar todos mis miedos y creer que puedo

ser lo que yo imaginé. Las amo profundamente, este trabajo es el primer libro que

hago y es para ustedes. Anvi sé que no estoy solo porque siempre estas cuidándome,

espero verte de nuevo y darte un beso, te extraño mucho.

Les agradezco a las mujeres más extraordinarias que he conocido en mi vida Jenny, Ita,

Luchis, Gris, Abola, Brenda, Brandah y Amparo, ustedes son mis regalos más grandes

en la tierra, gracias por su compañía, su tiempo, su preocupación, su entrega su valor,

su ejemplo, sus regaños, sus enseñanzas pero sobre todo, sus retroalimentaciones que

me han ayudado para ser quien hoy por hoy, gracias por amor, las amo.

Les agradezco a los ingenieros Sergio Romero Solórzano y Omar Romero Sánchez por

permitirme entrar a su empresa y trabajar en este proyecto, también por brindarme su

amistad y apoyo incondicional, estoy agradecido de contar con ustedes en mi vida, ya

que siempre me enseñan algo nuevo, gracias por su cariño y su valioso tiempo.

Los maestros M. en C. Mauricio Aarón Pérez y al M. en C. Pedro Francisco Huerta por

leer, corregir, modificar, cuestionar solucionar, colaborar y apoyarnos durante la

elaboración de la tesis.

Suárez Juárez Ulises

3

ÍNDICE GENERAL

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ............................................................................................... 7

ÍNDICE DE TABLAS........................................................................................................... 10

RESÚMEN: ....................................................................................................................... 11

JUSTIFICACIÓN: ............................................................................................................... 12

OBJETIVO GENERAL: ....................................................................................................... 13

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ................................................................................................ 13

Capítulo 1 Antecedentes Generales de las Autoclaves. ................................................. 14

1.1 Planteamiento del problema. ............................................................................... 14

1.2 Hipótesis. .............................................................................................................. 15

1.3 Definición de esterilizador y autoclave. ............................................................... 16

1.4 Historia de la autoclave. ....................................................................................... 17

1.5 Evolución de materiales. ...................................................................................... 20

Capítulo 2 Métodos de Esterilización. ............................................................................ 22

2.1 Tecnologías de esterilización. ............................................................................... 22

2.2 Clasificación de los métodos de esterilización. .................................................... 24

2.2.1 Esterilización por agentes físicos. .................................................................. 24

2.2.2 Esterilización por agentes químicos. ............................................................. 25

2.2.3 Esterilización química por gases o esterilización en frío. .............................. 26

2.3 Selección de los métodos de esterilización para la autoclave híbrida. ................ 28

2.4 Método de esterilización por vapor. .................................................................... 30

2.4.1 Principio de operación. .................................................................................. 30

2.5 Clasificación de las autoclaves de vapor. ............................................................. 31

2.5.1 Método del proceso de vapor seleccionado ..................................................... 33

2.6 Materiales posibles a esterilizar por vapor al pre-vacío. ......................................... 33

2.7 Proceso de esterilización de vapor por pre-vacío. ................................................... 34

2.8 Ventajas y desventajas del método por vapor por pre-vacío. ................................. 35

2.9 Método de esterilización por óxido de etileno. ....................................................... 36

2.9.1 Principio de operación. ...................................................................................... 38

2.9.2 Campo de aplicación del óxido de etileno. ....................................................... 39

2.10 Tipo de dosis del óxido de etileno. ......................................................................... 39

4

2.11 Mezclas del óxido de etileno. ............................................................................. 40

2.11.1 Óxido de etileno puro. ................................................................................. 40

2.11.2 Mezcla de óxido de etileno y CFC (12/88). .................................................. 41

2.11.3 Mezcla de óxido de etileno y HCFC. ............................................................ 41

2.11.4 Selección de mezcla del óxido de etileno. ................................................... 42

2.12Proceso de esterilización por óxido de etileno. .................................................. 42

2.13 Efectos secundarios y riesgos. ............................................................................ 43

2.14 Restricciones, precauciones y condiciones del óxido de etileno. ...................... 44

2.15 Ventajas y desventajas del método de óxido de etileno. .................................. 45

2.16 Comparación de los métodos seleccionados. .................................................... 46

Capítulo 3 Autoclave Actual y Selección de Nuevos Componentes. .............................. 49

3.1 Autoclave E.B.P. Modelo 2040M. ......................................................................... 49

3.2 Componentes y funcionamiento de una autoclave básica. ................................. 50

3.2.1 Componentes de la autoclave de vapor modelo EBP 2040M. ...................... 51

3.2.2 Funcionamiento de autoclave 2040M. .......................................................... 54

3.2.3 Proceso de esterilización del modelo EBP 2040M. ....................................... 54

3.3 Propuesta de componentes. ................................................................................ 56

3.4 Diseño conceptual de la autoclave híbrida. ......................................................... 56

3.5 Selección de los nuevos componentes para la autoclave híbrida. ...................... 58

3.5.1 Pistón neumáticos. ........................................................................................ 58

3.5.2 Unidad de servicio o tratamiento de aire (Filtro, Regulador, Lubricador). ... 60

3.5.3 Interruptor de límite. ..................................................................................... 62

3.5.4 Válvula de seguridad. .................................................................................... 63

3.5.5 Generador de vacío o eyector Venturi. ......................................................... 65

3.5.6 Válvulas solenoides. ...................................................................................... 67

3.5.7 Válvula direccional de 5 vías / 2 posiciones. ................................................. 68

3.5.8 Sensor de temperatura, RTD. ........................................................................ 70

3.5.9 Sensor de presión. ......................................................................................... 71

3.5.10 Controlador lógico programable (PLC) e Interfaz humano máquina (HMI). 73

3.6 Fuente de alimentación. ................................................................................... 79

3.7 Implementos adicionales. ................................................................................. 80

5

Capítulo 4 Semiautomatización de la Autoclave Híbrida. .............................................. 81

4.1 Proceso de esterilización por vapor. .................................................................... 81

4.1.1 Parámetros necesarios. ................................................................................. 81

4.1.2 Ciclo general de vapor. .................................................................................. 84

4.2 Proceso esterilización por óxido de etileno. ........................................................ 87

4.2.1 Parámetros necesarios. ................................................................................. 87

4.2.2 Ciclo general del óxido de etileno. ................................................................ 89

4.3 Diagramas de flujo de operación de la autoclave híbrida. ................................... 92

4.3.1 Menú principal. .............................................................................................. 93

4.3.2 Secuenciade operación del ciclo de vapor. ................................................... 94

4.3.3 Secuencia de operación del ciclo de óxido de etileno. ................................. 97

4.3.4 Secuencia de operación de paro de emergencia. ....................................... 102

4.4 Conexiones al PLC. .............................................................................................. 103

4.4.1 Alimentación del PLC. .................................................................................. 103

4.4.2 Entradas analógicas y digitales. ................................................................... 104

4.4.3 Salidas digitales............................................................................................ 106

4.4.4 Diagrama de comunicación. ........................................................................ 107

4.5 Programación PLC. .............................................................................................. 108

4.5.1 Creación de un nuevo programa. ................................................................ 108

4.5.2 Descarga del programa al PLC. .................................................................... 110

4.6 Programación HMI. ............................................................................................. 111

4.6.1 Creación de un nuevo proyecto. ................................................................. 111

4.6.2 Adición de pantallas. ................................................................................... 114

4.6.3 Creación de botones. ................................................................................... 115

4.6.4 Adición y configuración de indicadores en la HMI. ..................................... 118

4.6.5 Direccionamiento de pantallas. ................................................................... 119

4.6.6 Asignación de la pantalla principal. ............................................................. 121

Capítulo 5 Pruebas y Resultados. ................................................................................. 123

5.1 Menús de la autoclave híbrida. .......................................................................... 123

5.2Prueba de vapor. ................................................................................................. 129

5.3 Prueba de óxido de etileno. ............................................................................... 134

5.4 Pantallas del HMI en paro de emergencia. ........................................................ 139

5.5 Resultados. ......................................................................................................... 141

6

5.5.1 Proceso de vapor por prevacío .................................................................... 141

5.5.2 Proceso de óxido de etileno ........................................................................ 143

5.5.3 Comparación de las autoclaves ................................................................... 145

5.6 Costos y beneficios de fabricación de la Autoclave Híbrida. .............................. 147

5.6.1 Catálogo de conceptos. ............................................................................... 147

5.6.2 Costo total de la Autoclave Híbrida. ............................................................ 148

5.6.3 Beneficios de la Autoclave Híbrida. ............................................................. 148

CONCLUSIONES............................................................................................................. 149

RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS......................................................... 149

REFERENCIAS ................................................................................................................ 151

7

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1 Primera autoclave de vapor. ..................................................................... 18

Ilustración 2 Evolución de la autoclave. ........................................................................ 18

Ilustración 3 Evolución de los instrumentos. ................................................................. 21

Ilustración 4 Diagrama del proceso de limpieza médico. .............................................. 22

Ilustración 5 Empaquetados y cinta testigo. .................................................................. 29

Ilustración 6 Esterilizador por desplazamiento de gravedad. ........................................ 32

Ilustración 7 Autoclave Flash. ......................................................................................... 33

Ilustración 8 Diagrama del proceso de pre-vacío. .......................................................... 34

Ilustración 9 Reacciones de las bacterias con el óxido de etileno. ................................ 36

Ilustración 10 Ampolleta y cartuchos de óxido de etileno puro. ................................... 41

Ilustración 11 Proceso del óxido de etileno. .................................................................. 42

Ilustración 12 Autoclave 2040M. .................................................................................... 49

Ilustración 13 Esquema de autoclave EBP 2040M. ........................................................ 50

Ilustración 14 Vista frontal. ............................................................................................ 52

Ilustración 15 Vista interna............................................................................................. 52

Ilustración 16 Vista lateral. ............................................................................................. 53

Ilustración 17 Vista trasera. ............................................................................................ 53

Ilustración 18 Diseño Conceptual. .................................................................................. 57

Ilustración 19 Filtro de aire. ............................................................................................ 60

Ilustración 20 Unidad de servicio GC AirTAC. ................................................................. 61

Ilustración 21 Válvula de alivio. ...................................................................................... 63

Ilustración 22 Generador de vacío Venturi. ................................................................... 65

Ilustración 23 Válvulas solenoide. .................................................................................. 67

Ilustración 24 Simbología de la válvula 5/2. ................................................................... 69

Ilustración 25 Gráfica del Pt100. .................................................................................... 70

Ilustración 26 Conexión modo 2 del Pt100. ................................................................... 71

Ilustración 27 Sensor de temperatura Pt100. ................................................................ 71

Ilustración 28 El sensor de presión MDPC Dwyer. ......................................................... 72

Ilustración 29 MicroLogix 1100. ..................................................................................... 75

Ilustración 30 Panel View C400. ..................................................................................... 75

Ilustración 31 LOGO 230-RC. .......................................................................................... 76

Ilustración 32 LOGO TD. ................................................................................................. 77

Ilustración 33 OPLC modeloV350-35-TR6. ..................................................................... 78

Ilustración 34 Fuente de alimentación. .......................................................................... 80

Ilustración 35 Botones de arranque, paro y paro de emergencia. ................................ 80

Ilustración 36 Gráfica de presión y temperatura a volumen constante. ....................... 82

Ilustración 37 Diagrama del ciclo de operación por pre-vacío. ..................................... 85

Ilustración 38 Ciclo de vapor por prevacío, Presión-Tiempo. ........................................ 86

Ilustración 39 Ciclo de vapor por prevacío, Temperatura-Tiempo. ............................... 86

Ilustración 40 Diagrama del ciclo del óxido de etileno puro. ......................................... 89

Ilustración 41 Ciclo de óxido de etileno puro, Temperatura-Tiempo. ........................... 90

Ilustración 42 Ciclo de óxido de etileno puro, Presión-Tiempo. .................................... 91

8

Ilustración 43 Diagrama inicio de operación de la autoclave híbrida. ........................... 93

Ilustración 44 Diagrama B, Ciclo de instrumental sin filo por vapor. ............................. 96

Ilustración 45 Diagrama F, Ciclo de plásticos para óxido de etileno Paso 1. ................. 99

Ilustración 46 Diagrama F, Ciclo de plásticos para óxido de etileno Paso 2. ............... 100

Ilustración 47 Diagrama F, Ciclo de plásticos para óxido de etileno Paso 3. ............... 101

Ilustración 48 Protocolo de emergencia para vapor. .................................................. 102

Ilustración 49 Protocolo de emergencia para óxido de etileno. .................................. 103

Ilustración 50 Alimentación del PLC. ............................................................................ 104

Ilustración 51 Entradas del PLC MicroLogix 1100. ....................................................... 105

Ilustración 52 Circuito eléctrico de entradas digitales. ................................................ 105

Ilustración 53 Circuito eléctrico de entradas analógicas. ............................................. 105

Ilustración 54 Salidas del PLC MicroLogix 1100. ........................................................... 106

Ilustración 55 Circuito eléctrico de salidas digitales a relevador. ................................ 106

Ilustración 56 Comunicación Ethernet ......................................................................... 107

Ilustración 57 Pantalla de inicio del RSLogix. ............................................................... 108

Ilustración 58 Creación de nuevo proyecto. ................................................................ 108

Ilustración 59 Modelo de PLC a utilizar. ....................................................................... 109

Ilustración 60 Inicio de programación. ......................................................................... 109

Ilustración 61 Iconos de programación. ....................................................................... 109

Ilustración 62 Comunicación del PLC con la computadora. ......................................... 110

Ilustración 63 Seleccionar el PLC para descargar. ........................................................ 110

Ilustración 64 Poner el linea el PLC en la computadora. .............................................. 111

Ilustración 65 Inicio FactoryView. ................................................................................ 112

Ilustración 66 Crear nueva aplicación. ......................................................................... 112

Ilustración 67 Explorador de la aplicación. ................................................................... 113

Ilustración 68 Configuración de la comunicación. ....................................................... 113

Ilustración 69 Nueva configuración. ............................................................................. 114

Ilustración 70 Aplicar aplicación. .................................................................................. 114

Ilustración 71 Crear nueva pantalla.............................................................................. 115

Ilustración 72 Crear botón mantenido. ........................................................................ 116

Ilustración 73 Propiedades del botón mantenido. ....................................................... 116

Ilustración 74 Direccionamiento de Botones 1. ........................................................... 117

Ilustración 75 Direccionamiento de Botones 2. ........................................................... 117

Ilustración 76 Crear indicador numérico. ..................................................................... 118

Ilustración 77 Indicador numérico básico. ................................................................... 118

Ilustración 78 Direccionamiento del indicador 1. ........................................................ 119

Ilustración 79 Direccionamiento del indicador 2. ........................................................ 119

Ilustración 80 Botón de navegación. ............................................................................ 120

Ilustración 81 Direccionamiento de botón de navegación. ......................................... 120

Ilustración 82 Propiedades del botón de navegación. ................................................. 121

Ilustración 83 Asignación de pantalla principal. ........................................................... 121

Ilustración 84 Botones de compilación. ....................................................................... 121

Ilustración 85 Botones de simulación........................................................................... 122

Ilustración 86 Ejemplo de una pantalla. ....................................................................... 122

Ilustración 87 Pantalla de inicio. ................................................................................... 123

9

Ilustración 88 Menú de selección de proceso. ............................................................. 124

Ilustración 89 Selección de proceso de esterilización. ................................................. 125

Ilustración 90 Menú de vapor por pre-vacío. ............................................................... 125

Ilustración 91 Menú de selección de ciclos de vapor por pre-vacío. ........................... 127

Ilustración 92 Menú de óxido de etileno. .................................................................... 127

Ilustración 93 Menú de selección de ciclos óxido de etileno. ...................................... 128

Ilustración 94 Revisión del nivel de agua. .................................................................... 129

Ilustración 95 Cerrar la autoclave. ................................................................................ 129

Ilustración 96Acondicionamiento de vapor. ................................................................ 130

Ilustración 97 Acondicionamiento del ciclo de instrumental o metal sin filo. ............. 131

Ilustración 98Esterilizando del ciclo vapor. .................................................................. 131

Ilustración 99 Tiempo de esterilización de vapor. ....................................................... 132

Ilustración 100Secando de vapor. ................................................................................ 132

Ilustración 101 Tiempo de secado de vapor. ............................................................... 133

Ilustración 102Material esterilizado vapor. ................................................................. 133

Ilustración 103 Fin de ciclo de vapor. ........................................................................... 133

Ilustración 104Introduzca la ampolleta. ....................................................................... 134

Ilustración 105Cierre la autoclave. ............................................................................... 134

Ilustración 106 Acondicionamiento de óxido de etileno. ............................................ 135

Ilustración 107 Acondicionamiento del ciclo de plásticos 1. ....................................... 135

Ilustración 108 Acondicionamiento del ciclo de plásticos 2. ....................................... 136

Ilustración 109 Esterilizando de óxido de etileno. ....................................................... 136

Ilustración 110 Tiempo de exposición del ciclo de plásticos. ....................................... 137

Ilustración 111 Aireación. ............................................................................................. 138

Ilustración 112 Aireación del ciclo de plásticos. ........................................................... 138

Ilustración 113Material esterilizado óxido de etileno. ................................................ 139

Ilustración 114 Fin de ciclo óxido de etileno. ............................................................... 139

Ilustración 115 Paro de emergencia. ............................................................................ 140

Ilustración 116Cancelando esterilización. .................................................................... 140

Ilustración 117Fin del paro de emergencia. ................................................................. 140

Ilustración 118Gráfica de prueba de acondicionamiento de vapor. ............................ 142

Ilustración 119Gráfica de prueba de exposición de vapor. .......................................... 142

Ilustración 120Gráfica de prueba de secado de vapor. .............................................. 143

Ilustración 121Gráfica de prueba de acondicionamiento óxido de etileno. ................ 144

Ilustración 122 Gráfica de prueba de exposición óxido de etileno. ............................. 144

Ilustración 123 Gráfica de prueba de aireación óxido de etileno. ............................... 145

10

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1 Evolución de la autoclave. ................................................................................ 19

Tabla 2 Clasificación de los métodos de esterilización [14]. .......................................... 23

Tabla 3 Clasificación por temperatura [15]. ................................................................... 23

Tabla 4 Material por método de esterilización [16]. ...................................................... 24

Tabla 5 Selección de acuerdo al medio químico y material [31]. ................................... 27

Tabla 6 Variables de tecnologías [32]. ............................................................................ 28

Tabla 7 Propiedades físico químicas del óxido de etileno [35]. ..................................... 37

Tabla 8 Materiales que se pueden o no esterilizar [36]. ................................................ 38

Tabla 9 Ciclos del óxido de etileno puro [37]. ................................................................ 43

Tabla 10 Ventajas y limitaciones de los métodos de esterilización. .............................. 46

Tabla 11 Comparación de las características de los métodos. ....................................... 47

Tabla 12 Materiales seleccionados para la autoclave híbrida........................................ 48

Tabla 13 Especificaciones del 2040M [38]. .................................................................... 50

Tabla 14 Comparativa de pistones. ................................................................................ 59

Tabla 15 Comparativa de los interruptores de límite. ................................................... 62

Tabla 16 Comparativa de válvulas de alivio. .................................................................. 64

Tabla 17 Comparativa de eyectores Venturi. ................................................................. 66

Tabla 18 Comparativa de válvulas solenoides. ............................................................... 68

Tabla 19 Comparativa de las válvulas 5/2. ..................................................................... 69

Tabla 20 Niveles de temperatura de una autoclave...................................................... 84

Tabla 21 Valores de los ciclos de vapor para la autoclave. ............................................ 84

Tabla 22 Valores de los ciclos del óxido de etileno. ....................................................... 88

Tabla 23 Ciclo correspondiente a cada material. ........................................................... 88

Tabla 24 Simbología de los diagrama de flujo. ............................................................... 92

Tabla 25 Entradas y salidas de la autoclave híbrida. .................................................... 107

Tabla 26 Ciclos de prueba. ............................................................................................ 123

Tabla 27Bits del ciclo de vapor. .................................................................................... 125

Tabla 28 Bits del ciclo de óxido de etileno. .................................................................. 127

Tabla 29 Comparación de autoclaves. .......................................................................... 146

Tabla 30 Cotización de elementos. ............................................................................... 147

Tabla 31Costos la autoclave hibrida. ............................................................................ 148

11

RESÚMEN:

En el presente trabajo se realiza la propuesta de implementación de 2 métodos de

esterilización y semiautomatización de una autoclave, dicho equipo es de la empresa

Equipos Biomédicos Profesionales S.A. de C.V. (EBP), el cual realiza un proceso de

esterilización por medio de vapor. El modo de operación de este equipo es de forma

manual empleando un termostato que cumple la función de un temporizador dando

inicio al ciclo de esterilización del equipo, que al ser ejecutado enciende un indicador,

la presión se puede observar a través de un manómetro que está al frente del equipo.

La idea principal a desarrollar, es la adaptación de un segundo método de

esterilización en la misma autoclave para ampliar la cantidad de materiales a

esterilizar, éste método es el de óxido de etileno, altamente utilizado para materiales

Termosensibles y para los metálicos de precisión (con filo).

Se muestra el equipo actual (autoclave EBP modelo 2040M), el cual será base para ir

desarrollando el equipo híbrido, tomando en cuenta los datos técnicos generales del

equipo, sus componentes, su estructura y su funcionamiento. Con todo esto se

prosigue a la selección de nuevos componentes para la implementación del método

adicional y su diseño conceptual.

Pero antes es importante conocer las condiciones y los ajustes necesarios para añadir

el proceso por óxido de etileno en el equipo. Se tiene en consideración que el óxido de

etileno es una sustancia tóxica e inflamable, por lo que es necesario establecer un

protocolo de seguridad, la propuesta de ésta autoclave se realiza bajo estándares

AAMI (Association for the Advancement of Medical Instrumentation; Asociación para

el Avance de la Instrumentación Médica), OSHA (Occupational Safety and Health

Administration; Administración de Seguridad y Salud), OMS (Organización Mundial de

la Salud), CENETEC (Centro Nacional de Excelencia Tecnológica en Salud, México).

Al inicio del presente trabajo se muestran el origen, evolución y aplicaciones de la

esterilización y de las autoclaves hasta nuestros días, así como las limitaciones

existentes en los métodos, como el no poder esterilizar algunos materiales nuevos por

su constante evolución. También se muestran las clasificaciones de los distintos

métodos de esterilización que existen, tanto físicos como químicos y por qué se

eligieron los métodos de vapor por pre-vacío y óxido de etileno para la autoclave

híbrida. Además se describen de estos dos procesos su funcionamiento, sus

aplicaciones, sus ventajas, sus desventajas así como los protocolos de seguridad a

seguir.

12

JUSTIFICACIÓN:

Actualmente en el mercado existe una gran variedad de autoclaves que realizan la

esterilización mediante diferentes métodos. Se encuentran en distintos tamaños,

desde los más pequeños para uso personal o hasta los grandes equipos para uso

hospitalario e industrial.

Dichos equipos trabajan únicamente con un método de esterilización, haciendo que

los centros de salud tengan que obtener más equipos pero con distinto método de

operación para tener cubiertas sus demandas de esterilización, que depende de los

tipos de materiales que utilicen como materiales metálicos (con filo o sin filo), plásticos

o telas. Y esto repercute no sólo en lo económico, sino también en el espacio que

designan para este tipo de procesos.

Observando la necesidad de los hospitales y clínicas de adquirir más de una autoclave,

nace la idea de proponer una autoclave híbrida, la cual contenga 2 tipos de

esterilización en un equipo (equipo que en la actualidad no existe), de preferencia los

dos métodos más utilizados. Debido a su gran efectividad se eligieron el método de

óxido de etileno y el método vapor por pre-vacío, logrando con ello la posibilidad de

esterilizar una mayor variedad de materiales en un mismo equipo, además de

brindarle al usuario la versatilidad, seguridad y una esterilización adecuada, sin dejar

de lado el gran ahorro económico y el mejoramiento de espacios, debido a que ya no

se necesitará más de una autoclave para hacer la asepsia o esterilización de los

materiales. Por lo tanto, se debe de poner atención en los problemas al querer

manejar en conjunto un equipo con vapor y óxido de etileno; como tomar en cuenta

las variables de presión y temperatura, ya que intervienen en ambos procesos. Si

alguna de estas variables no es manipulada correctamente, el proceso de esterilización

no será el óptimo para los instrumentos.

La decisión de proponer este equipo se tomó al estudiar las ventajas y desventajas de

ambos procesos, su funcionamiento, sus reacciones secundarias, sus propiedades

químicas, etc. Gracias a todos estos puntos de investigación se logró observar que

estos métodos en realidad se complementan. El vapor esteriliza materiales como

textiles, metales sin filo, líquidos, cristales y plásticos termorresistentes, lo que no

logra esterilizar son los plásticos termosensibles ya que no soporta las altas

temperaturas y se deforman, es ahí donde se recurre al proceso de óxido de etileno el

cual ocupa temperaturas inferiores haciendo que los materiales plásticos

termosensibles no se deformen y cumpla con la esterilización además de esterilizar

otros materiales, el problema principal de este método es que el proceso es muy lento.

Como precaución, los procesos anteriormente señalados nunca deben de combinarse

para la esterilización, ya que el óxido de etileno al entrar en contacto con el agua

(vapor) produce una sustancia llamada etilenglicol, el cual es altamente tóxico para el

ser humano, corriendo el riesgo de producir alteraciones y daños a la salud si entra en

contacto directo y de manera frecuente.

13

OBJETIVO GENERAL:

Proponer un prototipo de una autoclave híbrida con modo de operación

semiautomático, capaz de esterilizar diversos materiales por medio de dos métodos de

esterilización: vapor y gas óxido de etileno. Añadiendo nuevos componentes como

válvulas solenoides, Venturi y un pistón para facilitar la manipulación del nuevo

proceso de la autoclave por medio de un PLC y una HMI.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

La autoclave operará mediante un PLC para programar los ciclos, una pantalla

táctil HMI para seleccionar los ciclos y lograr la manipulación de la temperatura

y la presión como variables del equipo.

Señalar los riesgos del uso del óxido de etileno, desarrollando las principales

medidas preventivas para limitar los daños sobre la salud.

Describir las condiciones de operación del vapor y del óxido de etileno

necesarias para su utilización en los procesos de esterilización.

Desarrollar un diseño conceptual para realizar la autoclave híbrida.

Semiautomatizar el proceso de esterilización por vapor de la empresa Equipos

Biomédicos Profesionales S.A. de C.V. e incorporar a la autoclave la

esterilización química por el gas óxido de etileno (seleccionando los equipos

adecuados para lograr la implementación de ambos procesos).

Establecer un nuevo protocolo que incremente la seguridad de equipo, para

salvaguardar la integridad del operador y proteger el material que se está

esterilizando.

14

Capítulo 1 Antecedentes Generales de las Autoclaves.

1.1 Planteamiento del problema.

La empresa EBP quiere mejorar su posicionamiento en el mercado fabricando un

nuevo equipo de esterilización, pero toma en consideración que las instituciones de

salud hoy en día cuentan con una gran variedad de materiales, los cuales se ocupan en

diversos tipos de curaciones, exámenes médicos y cirugías.

No obstante, estos cambios abruptos en la tecnología de los materiales, a veces,

repercuten de manera negativa en la forma en que esterilizan los instrumentos, al

tener que invertir más dinero para comprar nuevos equipos de esterilización y así

cubrir su demanda; es por ello que la empresa decidió combinar los dos métodos de

esterilización más utilizados, para que un solo equipo sea capaz de desinfectar un

mayor número materiales, especialmente los Termosensibles (no resisten

temperaturas mayores a 60°C).

El método del óxido de etileno opera en bajas temperaturas y no daña los materiales,

siendo una buena opción para incorporarlo dentro de los equipos de la empresa, que

son en esencia por medio de vapor.

Con esta innovación se pretende generar ventas y reducir espacios en las instituciones

de salud, para que así puedan utilizarlo en otros rubros de acuerdo a las necesidades

presentadas en ellas.

Para la autoclave híbrida se hará la adaptación de componentes nuevos para el equipo,

ya que se modificarán el control manual por el control semiautomático y se agregará al

equipo el método de óxido de etileno.

15

1.2 Hipótesis.

Se espera que la autoclave no presente problemas al combinar los procesos de

esterilización de vapor y el de óxido de etileno puro para garantizar la esterilización de

un mayor número de materiales. Además, el proceso se realizará de forma correcta

para cualquier ciclo seleccionado y el equipo estará dentro de las normas que se

tomaron como referencia AAMI (hace referencia a toda autoclave de vapor cuyo

volumen y/o capacidad sea igual o menor a los 56,63 litros [2 Ft3], para su presión,

temperatura y tiempo de exposición), OSHA (ésta norma regula muy estrictamente los

tiempos de exposición al esterilizante para los trabajadores, así como las cantidades de

O.E. a utilizar en el equipo), OMS (en esta norma también se basó para la autoclave de

vapor, en donde regula la temperatura de esterilización, así como su tiempo; sin dejar

de lado las precauciones necesarias en el manejo de este tipo de equipos de

laboratorio), CENETEC (esta norma regulariza los tiempos de esterilización por vapor,

temperatura, el porcentaje de agua que debe tener el vapor, el ciclo de la esterilización

y para el caso del O.E. da como parámetros necesarios la dosis de agente esterilizante,

la humedad (no exceda un determinado punto para evitar la creación de etilenglicol),

su temperatura así como tiempos de exposición y tiempos de aireación). También

brindará practicidad, seguridad y comodidad de operación que ayudará a evitar poner

en riesgo la integridad física del usuario.

El principal beneficio que se consigue para la empresa, es esterilizar una gran variedad

de materiales entre los cuales se encuentran los instrumentos de plásticos, que son

más requeridos actualmente, así como ampliar considerablemente la cantidad de

utensilios y productos a esterilizar y con ello poder posicionarse mejor en el mercado.

Con este equipo se lograría generar una mejor inversión de los recursos para el área de

esterilización, también aminoraría los espacios destinados a las autoclaves en dichas

instituciones de salud, así como tener cubierto por completo la gama de materiales

más utilizados en los hospitales y clínicas al tener en un mismo equipo ambos

métodos.

16

1.3 Definición de esterilizador y autoclave.

El principal objetivo de un hospital es la asistencia sanitaria de calidad a la población

que acude en busca de soluciones a sus problemas de salud. La esterilización y

desinfección de los artículos hospitalarios son procesos de apoyo, su importancia

deriva en que se relaciona con los valores éticos y de seguridad como el proteger a los

usuarios de infecciones y evitar transmisión de enfermedades.

La palabra estéril proviene de la palabra latina “sterilem” que significa “no dar fruto” [1]. La esterilización es un conjunto de procesos físicos, químicos o gaseosos que tiene como propósito la completa destrucción o eliminación de toda forma de vida microbiana presente en objetos inanimados para acabar con los posibles riegos de transmisión de infecciones y enfermedades entre pacientes durante el uso del mismo instrumental médico [2]. Es de enorme importancia que los servicios de salud tengan condiciones rigurosas de asepsia dentro de los hospitales. La autoclave también es conocida como un esterilizador pero estos trabajan con calor seco, mientras que las autoclaves trabajan con calor húmedo (vapor). La autoclave se comprende de una cámara comúnmente de acero inoxidable herméticamente cerrada, que por diferentes procedimientos confiables elimina agentes patógenos o microorganismos como gérmenes, bacterias, virus, hongos y esporas que existen en utensilios o instrumentos médicos [3]. Es una aplicación estricta que se usa en los hospitales dentro de los procesos de limpieza, desinfección y esterilización.

Existen diversos tipos de esterilización que logran destruir las bacterias que se encuentran y producen en el medio ambiente que logran adherirse en los instrumentos. Una autoclave puede ser de: vapor seco, vapor húmedo directo, por vapor autogenerado, por ácido peracético, por óxido de etileno, por peróxido de Hidrógeno o por formaldehido, etc. El estudio y la utilización de la autoclave son importantes en todas las áreas de la salud, para la prevención de infecciones en el ser humano a la hora de hacer una cirugía o tratamientos médicos brindando seguridad a los pacientes y a los trabajadores de la salud. Dichos procedimientos son indispensables en el control adecuado de las infecciones dentro de un hospital. También se utilizan en actividades de diagnóstico, tratamiento o investigación en los laboratorios especializados y en salud pública como clínicas y hospitales. La autoclave es el equipo más conveniente para esterilizar de forma rápida y eficazmente los instrumentos médicos.

Es necesario hacer, en primer lugar, una clasificación de los microorganismos. Existen dos categorías, los primeros son los criorresistentes (que sobreviven a bajas temperaturas), y termorresistentes (que sobreviven a las altas temperaturas). La mayoría de estos microorganismos mueren a altas temperaturas. Por ejemplo, muchos hongos se destruyen con una alta temperatura, pero sus esporas aún sobreviven cuando encuentran un medio apropiado, rico en nutrientes y humedad, para luego reproducirse. Por tal motivo, la tecnología a utilizar para su destrucción debe ser seleccionada cuidadosamente para lograr la destrucción de cualquier de estos agentes. Los conocimientos actuales de las infecciones y principalmente de sus mecanismos de transmisión, nos indican la necesidad de implantar prácticas de asepsia y antisepsia

17

(tanto dentro como fuera de un hospital), imprescindibles para el control y la prevención de las infecciones.

Un paso importante para lograr mejorar los procesos de esterilización, es la

elaboración de normas, que sirvan como instrumento para el desarrollo de cambio, así

como la adecuada preparación y formación estandarizada del personal responsable.

1.4 Historia de la autoclave.

La importancia de la esterilización comienza con limpieza de instrumentos para realizar

cirugías y es entre los años 460 y 377 a.C. donde Hipócrates de Cos, un médico griego

quien escribió más de 70 libros sobre medicina antigua, limpiaba sus instrumentos

quirúrgicos vertiendo agua hirviendo sobre ellos para limpiarlos [4].

Más tarde el mundo conoció la vida microscópica, cuando en el año de 1665 Anton Van Leeuwenhoek (1632-1723) un científico Holandés observó una polilla en el interior de una tela a través de un lente (lupa). Su curiosidad sobre la misma creció y usó más lentes, creando un lente de 150 aumentos para poder mirarla. Era un apasionado observando las cosas pequeñas, así que después desarrolló un equipo con un aumento de 500 veces más de la primera lente, permitiendo observar los microorganismos y las primeras bacterias [5]. En 1769 el biólogo italiano Lazzaro Spallanzani descubrió que las bacterias morían luego de ser calentadas por 30 minutos en frascos de vidrio sellados [6].

En 1861 el Francés Louis Pasteur descubrió y demostró que los gérmenes se encuentran esparcidos en el aire y adheridos en la superficie de los objetos, y no se puede hallar un aire totalmente limpio. Descubrió que los microbios pueden transmitir infecciones, destruir tejidos, afectar el sistema inmunológico etc., y tiempo después se descubrió que también pueden curar enfermedades. En los años 70, Louis Pasteur sugirió una serie de pruebas a los médicos de los hospitales militares en las que hervía el instrumental y los vendajes en contenedores presurizados para eliminar cualquier agente infeccioso, en una sola palabra esterilizarlos [7]. Esto se conoció como pasteurización y hasta la fecha se utiliza para conservar leche, jugos y otros alimentos.

Louis Pasteur se vio en la necesidad de curar al hombre. Sus descubrimientos llevaron al desarrollo de técnicas que hasta ahora se utilizan en el laboratorio e inició el uso de protocolos médicos para prevenir el contagio entre pacientes y la contaminación de instrumentos por los microorganismos que se encuentran en el aire y se adhieren en los objetos. También contribuyó al desarrollo de la microbiología con nuevas invenciones médicas y sus investigaciones en conjunto con sus predecesores permitieron establecer las prácticas de asepsia.

En el año 1867 el Inglés Joseph Lister publicó: "Principios de antisepsia en la práctica

de la cirugía" [8], iniciando la antisepsia de todo instrumental, manos de los cirujanos y

ayudantes, así como las ropas quirúrgicas; lo que redujo la mortalidad de 45% a 9%

dentro de las cirugías. La relación entre los microorganismos y las infecciones se

establecen científicamente en el año 1878 [9].

18

El primer esterilizador fue una olla a presión a vapor llamada 'steamdigester', creada por Denis Papin, un físico francés en 1679, ésta olla contenía una válvula que permitía la salida del fluido para disminuir la presión excedente [10]. Fue presentada en Londres pero no cosechó grandes éxitos debido a la variabilidad de temperaturas y a las imperfecciones de las válvulas de seguridad que causaron accidentes graves. La olla express tiene el perfecto principio del autoclave (es un recipiente herméticamente cerrado que permite la esterilización por presión y vapor) permite la asepsia (procedimiento para conseguir la ausencia de microorganismos) de los alimentos ya que en este caso puede con seguridad esterilizar con condiciones bajo presión productos como vegetales, carnes y pescados.

La primera autoclave por vapor se fabricó en 1879 en Italia Ilustración 1, se trataba de un aparato portátil con 6 litros de capacidad calentado por alcohol. En general se usaba en farmacias para esterilizar jeringas y otros productos. Funcionaba con el mismo principio que actualmente se usa, se emplea la acción combinada del vapor y la presión, sólo que en este equipo no se tenía el control de la temperatura ni de presión con la que ahora se cuenta; sólo se mantenía el producto un tiempo estimado establecido por el usuario.

Ilustración 1 Primera autoclave de vapor.

Para el siglo XIX, la incidencia de infección quirúrgica era cercana al 90%, la

implementación de medidas de asepsia y antisepsia a finales de dicho siglo, tuvo como

consecuencia una importante disminución de las infecciones cercanas al 30%.

Posteriormente, con la aparición de los antibióticos la tasa de infección decreció

nuevamente un porcentaje considerable, logrando alcanzar el 15% al 20% de

infecciones a finales del siglo XX. Hoy en día las tasas de infección no deben exceder el

4% [11]. En la Ilustración 2, se muestra cómo han evolucionado las autoclaves,

manteniéndose éstas con el mismo principio de funcionamiento, pero utilizando

nuevas tecnologías.

Ilustración 2 Evolución de la autoclave.

19

La humanidad, teniendo el conocimiento de la existencia de gérmenes patógenos, se

ha dedicado a eliminarlos fundamentalmente en todos los aspectos relacionados con

la preparación y conservación de los alimentos, así como en la desinfección de

materiales médicos, ya que inmediatamente se estableció su relación con la causa de

muchas enfermedades.

De las 3 grandes dificultades que se enfrentaban en los inicios de la cirugía, eran el

dolor, la hemorragia y la infección, las dos primeras han sido superadas con el paso del

tiempo, sin embargo, la infección postquirúrgica, a pesar de los importantes adelantos,

no ha podido ser totalmente erradicada.

Hasta el año de 1859 fue descubierto el gas óxido de etileno por el químico y médico

francés Charles Adolphe Wurtz. Y en 1929 comienza a reconocerse sus propiedades

bactericidas, en el año de 1937 se patentó al óxido de etileno como método de

esterilización, a finales de 1940 se evaluó la efectividad antimicrobiana en los

productos sanitarios. En los años siguientes, el uso de óxido de etileno en su forma

gaseosa, probó ser muy efectiva para esterilizar objetos e instrumentos que no podían

ser tratados a altas temperaturas, su popularidad fue en aumento como agente

esterilizante. A comienzos de 1950 se fabricaron los primeros esterilizadores por óxido

de etileno. Cuyas estructuras han variado con los años, mejorando e innovando

haciéndolos más seguros para los operadores y los pacientes [12].

El óxido de etileno es un producto químico inflamable explosivo y tóxico, que puede

causar efectos sistémicos, mutagénicos y cancerígenos en los seres humanos, por lo

que debe manejarse con mucha precaución. La producción mundial es mayor a los

16.5 millones de toneladas del cual sólo el 1% es usado en centros de salud u

hospitales como agente esterilizante.

En la Tabla 1 se describe brevemente los cambios más sobresalientes en la historia de

las autoclaves.

Tabla 1 Evolución de la autoclave.

1679

DENIS

PAPIN

1729-1799

LAZZARO

SPALLANZANI

1861 LOUIS

PASTEUR 1867 LISTER 1829 / 1859

INICIOS DEL

SIGLO XIX

FINALES DEL

SIGLO XIX

Inventó la

primera

olla de

presión.

Descubrió que

las bacterias

morían luego

de ser

calentadas por

30 minutos.

Descubrió y

demostró que

los gérmenes

son esparcidos

en el aire.

Publicó

“Principios de

antisepsia en la

práctica de la

cirugía”.

Se fabrica la

primera

autoclave.SE

Descubre el

gas óxido de

etileno.

La incidencia de

infección

quirúrgica paso

del 90% al 25%.

Implementación

de medidas de

asepsia y

antisepsia.

20

1.5 Evolución de materiales.

Los instrumentos quirúrgicos se han fabricado desde tiempos prehistóricos para aliviar

dolores en los hombres que asistían a las guerras o se lesionaban en la cacería. Los

cirujanos y médicos en la India han utilizado sofisticados instrumentos quirúrgicos

desde la antigüedad. Sushruta Samhita (500 a.C.) fue probablemente el cirujano más

importante en la historia antigua, conocido como el "padre de la cirugía". En un texto

describió más de 120 instrumentos quirúrgicos, 300 intervenciones quirúrgicas y

clasifico la cirugía en los humanos en 8 categorías. En la Antigüedad, los cirujanos y

médicos en Grecia y Roma desarrollaron muchos instrumentos ingeniosos, fabricados

en bronce, Fierro y Plata, como bisturíes, lancetas, curetas, pinzas, espéculos, sondas,

dilatadores, tubos, cuchillos quirúrgicos, etc. La mayoría de estos instrumentos se

siguió utilizando en la época medieval, aunque con una técnica de mejor fabricación.

Inicialmente, las intervenciones quirúrgicas no despertaban interés de los prácticos de

la medicina, debido a la división jerárquica que había entre el saber y el hacer. Los

pioneros en la realización de procedimientos quirúrgicos, considerados de categoría

inferior, eran los curanderos de los diferentes países del mundo.

Con la aparición de grandes guerras, las cirugías, los instrumentos y técnicas de

esterilización tomaron un nuevo enfoque; ya que los médicos que se encontraban en

los campos de batalla, delante de un creciente número de soldados, necesitaban de la

asepsia para llevar a cabo amputaciones de miembros e incluso de contención de

hemorragias para garantizar su supervivencia. Ante esto, la cirugía comenzaba a ser

una demanda real en la evolución de la medicina, y los profesionales se veían forzados

a crear nuevas técnicas quirúrgicas que les permitirán acceder a las diversas

estructuras del cuerpo humano y para que eso fueran posible, era preciso crear

instrumentales que hicieran viable la ejecución de los procedimientos.

De esta forma, fueron creados diversos tipos de instrumentales que atendían a las más

diversas técnicas quirúrgicas sin que recibieran un tratamiento adecuado en cuanto a

su limpieza y conservación, ya que la tecnología estaba en aumento. Además, lo más

importante para los cirujanos era evitar que aquellos instrumentales pudiesen servir

de fuente de contaminación para los pacientes ya que los microbios eran responsables

de la transmisión de dolencias e infecciones a los seres humanos.

El descubrimiento de microbios patogénicos hizo que surgiese la necesidad de adoptar

ciertas medidas preventivas, tales como: la asepsia en los procedimientos quirúrgicos,

el lavado de manos; la separación de los pacientes heridos e infectados de los demás,

el cuidado con las ropas y los artículos de uso directo en los pacientes.

Actualmente, los procesos quirúrgicos que atienden con tecnologías nuevas, en la

Ilustración 3 se muestran la evolución de los instrumentos de corte. Los avances

tecnológicos también han influido en los equipos, instrumentos, anestésicos etc.,

utilizados en los centros de salud, todo esto con la finalidad de preservar la vida se los

seres humanos.

21

EVOLUCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS QUIRÚRGICOS

200 AÑOS ATRÁS 100 AÑOS ATRÁS 15 AÑOS ATRÁS 2012-ACTUALIDAD

Ilustración 3 Evolución de los instrumentos.

22

Capítulo 2 Métodos de Esterilización.

La esterilización es la desinfección o la eliminación de toda forma de vida microbiana en un material, ésta se lleva a cabo generalmente por medios físicos y químicos [13]. Cada medio está diseñado para ciertos tipos de materiales en específico.

La esterilización es sólo una parte dentro de los procedimientos médicos utilizados para evitar la trasmisión de enfermedades entre los pacientes y los trabajadores, llamados procedimientos de limpieza medico Ilustración 4. Estos procesos previos a la esterilización están asociados para lograr que un objeto inanimado esté en condiciones seguras y pueda ser utilizado nuevamente sin riesgo de infección para el paciente, el proceso en general es el siguiente:

Limpieza, lavado y descontaminación superficial. Preparación del paquete. Esterilización del material. Supervisión del material. Almacenamiento (en algunos casos). Entrega de materiales y uso.

Ilustración 4 Diagrama del proceso de limpieza médico.

Los pasos que comprenden el uso de la autoclave son la esterilización (eliminación de microorganismos) y la supervisión del material antes de ser entregado y utilizado. Existen herramientas de supervisión encargadas de verificar el resultado del paso de esterilización y proveen métodos de protección para el paso de entrega/uso, a fin de impedir que los dispositivos médicos no esterilizados o con riesgos de infección avancen más de este punto, estas herramientas son los llamados controles o testigos tanto biológicos como químicos, en los cuales se logra apreciar el nivel de esterilización de los equipos. Las amenazas de infecciones postoperatorias causadas por dispositivos médicos no estériles muestran la importancia crucial de la supervisión después del proceso de esterilización.

2.1 Tecnologías de esterilización.

Existen diferentes agentes capaces de esterilizar los instrumentos médicos, pero el calor es el agente físico más utilizado para eliminación de agentes patógenos. El calor seco es un método no corrosivo, se utiliza para objetos de laboratorio que pueden soportar temperaturas de 160°C o más durante un periodo de dos a cuatro horas. El calor húmedo, también llamado vapor, es especialmente eficaz cuando se utiliza en esterilizadores. Sin embargo, existen más técnicas para logra la esterilización. Con la existencia de diversos métodos de esterilización es necesario hacer una selección de acuerdo a las necesidades. En la Tabla 2 se hace una clasificación de los métodos de esterilización según el medio.

23

Tabla 2 Clasificación de los métodos de esterilización [14].

Medios Físicos

Temperatura Calor seco y Calor húmedo con vapor directo o

autogenerado.

Radiaciones Electromagnéticas, Electrónicas, Rayos Gamma, Rayos Ultravioleta Ionizantes y No Ionizantes.

Medios Químicos

Líquidos Alcoholes, Yodados, Clorhexidina,

Compuestos de Amonio.

Gases Formaldehido, Óxido de Etileno, Vapor de peróxido de hidrógeno.

Plasma Peróxido de hidrógeno, Ácido peracético.

Dependiendo el material a esterilizar será seleccionado el agente esterilizador o

desinfectante a utilizar y la técnica a emplear, ya que el manejo para cada uno de ellos

es diferente. Todos los materiales que entran en contacto con el usuario o el paciente

son potenciales vehículos de infección, sin embargo, no todos precisan someterse al

mismo proceso de descontaminación.

Solo existe un agente desinfectante único capaz de eliminar todos los gérmenes siendo

este el método de rayos de gamma. Los demás métodos presentan propiedades

determinadas, como elevada actividad germicida, de acción rápida o diferida (la

duración del efecto varía entre ellos), corto o largo tiempo de exposición, su toxicidad

y corrosión sobre el instrumental que pueden provocar los desinfectantes etc. La otra

clasificación de los agentes esterilizadores va de acuerdo a la temperatura con la que

tiene efecto sobre el material. En la Tabla 3 se muestran los métodos más utilizados.

Tabla 3 Clasificación por temperatura [15].

ALTA TEMPERATURA Medios Físicos

BAJA TEMPERATURA Medios Químicos

Por Calor Seco Por Vapor

Por Radiaciones

Por Ácido Peracético Por Óxido de Etileno

Por Peróxido de Hidrógeno Por Formaldehido

Un factor determinante para la elección de la técnica a utilizar, se basa

fundamentalmente en el tipo de material que se va a someter al proceso de

esterilización, debido a que se trabaja con factores como temperatura y presión, existe

una gama de materiales que no resisten altas temperaturas. Así que, se elige la técnica

de acuerdo a las características que brinden un trato más amigable al material. En la

Tabla 4 se clasifica el método de esterilización por el tipo de material.

24

Tabla 4 Material por método de esterilización [16].

ESTERILIZACIÓN MATERIALES

VAPOR Textiles, Metales, Vidrios, Líquidos en recipientes de

vidrio, Gomas termorresistentes.

CALOR SECO Instrumentos del metal, Aceites, Polvos, Ceras,

Cristalería en general.

SOLUCIONES QUÍMICAS

Instrumentos reutilizables de Metal y de Cristal, Plásticos, Gomas, Caucho, Látex y Silicones.

2.2 Clasificación de los métodos de esterilización.

A continuación se describen los métodos de esterilización más utilizados. Por los

medios físicos tenemos el método el calor seco, radiaciones y el calor húmedo o vapor

(este último es el más utilizado por su variedad de materiales a esterilizar, así como

por su bajo costo de producción del equipo y su operación sencilla); en el caso del

método químico, mencionaremos los métodos de amonio cuaternario, el

formaldehido, el ácido peracético, el peróxido de hidrógeno o plasma y el más efectivo

es el gas óxido de etileno(éste opera a temperaturas inferiores que las del vapor

siendo efectivo en la desinfección de los plásticos) [17].

2.2.1 Esterilización por agentes físicos.

El calor desnaturaliza estructuras como microorganismos formados por macromoléculas (substancias con una masa molecular elevada, compuesta por un gran número de átomos) [18]. Todos los microorganismos son susceptibles a la acción del calor, su sensibilidad varía con la especie y con el estado en que estos se encuentren. El vapor aplicado a la temperatura adecuada y durante el tiempo correcto constituye el agente esterilizador más efectivo. Calor húmedo o vapor: El factor más importante del vapor es la presencia o ausencia

de humedad ya que determina la temperatura que matará a los microorganismos. La

acción del vapor sobre las bacterias se deriva de su condensación sobre superficies

más frías, causando el aumento de temperatura en estas zonas. La destrucción de

microorganismos se realiza por la condensación del vapor sobre sus paredes lo que

aumenta su contenido en agua y provoca la descomposición [19].

El vapor saturado es el vapor que se desprende cuando el líquido hierve (a la

temperatura de ebullición del líquido), a baja presión destruyen las bacterias por

medio de calor húmedo, sin embargo, en presencia de humedad, la muerte ocurre a

menor temperatura y en un tiempo más corto [20].

El vapor sobrecalentado o vapor seco se forma cuando el agua es calentada hasta el

punto de ebullición, si se sigue añadiendo más calor el agua líquida cambia de fase,

convirtiéndose en vapor húmedo, esto hará que aumente la presión y por ende la

25

temperatura cuando no se le deja de suministrar calor haciendo que el vapor sea

saturado o sobrecalentado con una alta temperatura volviendo este método el medio

más seguro para la destrucción de toda forma de vida microbiana [21].

El método de vapor se utiliza para esterilizar algunos objetos de uso hospitalario y

material quirúrgico. Éste método mata casi instantáneamente las formas vegetativas

como virus, esporas, bacterias etc. La desventaja de este método es que provoca

oxidación y pérdida de filo en el instrumental por la expansión repetida de las

moléculas del metal, por lo que no se recomienda para instrumentos finos o de

precisión.

Calor seco (horno eléctrico): Esterilizar el instrumental al calor seco requiere una

resistencia que genere el calor a una temperatura alta por una duración de tiempo

definida. Por la alta temperatura los objetos de vidrio y de metal son los únicos que se

pueden esterilizar con calor seco. No se usa para objetos como guates quirúrgicos y

plásticos ya que se quemarían o se deformarían sin poderlos utilizar de nuevo, los

hornos a calor seco no usan agua. Este sistema elimina microorganismos por

coagulación de las proteínas de éstos. Su efectividad depende de la difusión del calor,

la cantidad de calor disponible, y los niveles de pérdida de calor y que los elementos a

esterilizar estén limpios, en presencia de materia orgánica, por ejemplo: aceite o grasa,

el microorganismo es protegido de la acción del calor [22].

Radiaciones: Existen radiaciones electromagnéticas, rayos gamma, electrónicas,

ionizantes y no ionizantes. Pero todas éstas actúan de manera similar entre sí. Las

radiaciones electromagnéticas, con longitudes de onda más largas que las de la luz son

absorbidas en gran parte como calor. Los rayos ultravioleta matan los gérmenes al

provocar reacciones químicas dentro del núcleo y otros elementos de la célula [23].La

esterilización por rayos gamma es un método moderno, aceptable para esterilizar

productos médicos y dispositivos; el proceso sólo toma un par de horas para pasar los

rayos gamma a través de los dispositivos médicos (ya empacados). Esto hace que el

material sea completamente estéril dentro de su envase sin abrir. Nada se mantiene

vivo en los materiales y el proceso no causa que los productos se vuelvan radiactivos

[24].

2.2.2 Esterilización por agentes químicos.

La esterilización química se utiliza en el área médica desde hace 40 años y es recomendada como método alternativo para aquellos elementos que no pueden esterilizarse con las técnicas tradicionales de calor seco y calor húmedo. La esterilización se logra por gases o inmersión en líquidos y se utiliza para instrumentos finos como lo son las sondas, jeringas u otro material que se altera por la acción del calor [25]. El problema de este tipo de esterilización es que tarda varias horas en efectuarse, también necesitan mayor cuidado, ya que algunos pueden ser tóxicos sí entran en contacto con el operador, de ahí la importancia de tiempos de ventilación para evitar que el químico se impregne en el material.

26

Compuestos de amonio cuaternario: Los compuestos de amonio son detergentes

sintéticos, son generalmente inodoros, incoloros, no irritantes y desodorantes que al

ser agentes activos de superficie disuelven las membranas de las células bacterianas.

No son tóxicos para los tejidos y por consiguiente son de uso popular. Su actividad

anti-bacteriana se reduce con la presencia de material orgánico, son efectivos contra

bacterias y algunos hongos y virus [26].

Ácido Peracético: Este ácido es conocido desde hace años como agente desinfectante

de alto nivel. Hay dos formas de esterilización por este agente: líquido y plasma. Es un

compuesto orgánico líquido incoloro que puede ser altamente corrosivo. Es un sistema

de esterilización compatible con el material termosensible como aceites, ceras,

almidón y otros materiales (previamente limpios) que pueda sumergirse totalmente en

ácido peracético a temperatura inferior a 56°C. Su ciclo es rápido entre 20-30 minutos.

Sólo sirve para material sumergible. El material esterilizado por este sistema no puede

almacenarse, ya que no se utiliza envoltorio, debe utilizarse inmediatamente después

de la esterilización [27].

2.2.3 Esterilización química por gases o esterilización en frío.

Óxido de etileno: Este gas es capaz de destruir todos los microorganismos conocidos

incluyendo bacterias, esporas, hongos y virus. Este método es el más usado en la

esterilización del equipo de cirugía cardiovascular, y su tiempo de exposición con el

material es muy largo, ésta es su principal desventaja, además de ser muy tóxico y

explosivo excepto cuando se mezcla con bióxido de Carbono [28].

Formaldehído: Es un compuesto químico, altamente volátil y muy inflamable, es un gas

incoloro, de un olor penetrante, muy soluble en agua. Las disoluciones acuosas al 40%

se conocen con el nombre de formol, estas disoluciones pueden contener alcohol

metílico como estabilizante. Puede ser comprimido hasta el estado líquido. Emplea

una esterilización de material termosensible (no resistente a temperaturas superiores

a 60°C) ya que trabaja a una temperatura de 22°C en presencia de un 60-80% de

humedad, y el tiempo de esterilización se llevará a cabo por unas horas, destruyendo

rápidamente las formas vegetativas y más lentamente las esporas. Se utiliza en la

esterilización de material plástico, catéteres, sondas reutilizables, sistemas ópticos y

cualquier material compatible con el formaldehído. Debido a la toxicidad de los

vapores, estos se deberán evacuar rápidamente una vez que se haya terminado la

esterilización [29].

Peróxido de Hidrógeno o plasma: Es un compuesto que por lo general se presenta

como un líquido ligeramente más viscoso que el agua. A temperatura ambiente es

incoloro con sabor amargo, es inestable y se descompone lentamente en Oxígeno y

agua con liberación de calor. Aunque no es inflamable ni tóxico, es un poderoso agente

oxidante que puede causar combustión espontánea cuando entra en contacto con

materia orgánica o algunos metales, como el Cobre, la Plata o el bronce. Se encuentra

en concentraciones de3% a 9% en productos para usos médicos [30]. Su esterilización

es para material termosensible (resistente a temperaturas menores a 60°C) e

27

instrumental de superficies lisas, no puede esterilizarse instrumental articulado ni en

ropa o textiles. Para que la esterilización se lleve a cabo, el material debe estar

perfectamente limpio y seco previamente, dado que la presencia de materia orgánica y

humedad detiene el ciclo. El ciclo tarda entre 45 y 72 minutos, y requiere envoltorios

especiales de polipropileno.

A continuación se muestra en la Tabla 5 los medios químicos más usados para el proceso de esterilización y los materiales que se recomiendan para ellos dentro de los centros de salud para cada método.

Tabla 5 Selección de acuerdo al medio químico y material [31].

28

2.3 Selección de los métodos de esterilización para la autoclave híbrida.

En la Tabla 6 se muestran las variables más importantes de los métodos de esterilización más utilizados mostrando las ventajas y desventajas de cada variable considerada.

Tabla 6 Variables de tecnologías [32].

Es importante mencionar que hasta hoy es conocida una única especie resistente a

más de un desinfectante, siendo ésta los priones. Se estima que son menores que la

mayoría de los virus, causan una variedad de enfermedades neuronales degenerativas

que pueden ser infecciosas, heredadas o esporádicas en origen.

La definición científica dice que un prión es la forma alterada de una proteína celular

funcional, que ha perdido su función normal, pero que ha adquirido la capacidad de

transformar la forma normal en patológica. Un prión es una proteína patógena que

tiene alterada su estructura terciaria, no son proteínas que sin ser virus tienen también

características infecciosas. Los priones no son organismos vivos, son sólo proteínas sin

ácido nucleico. Resisten la inactivación por procedimientos que destruyen a los ácidos

nucleicos, inactivan a los virus y son susceptibles a los tratamientos que desnaturalizan

proteínas. A diferencia del resto de los agentes infecciosos (virus, bacterias, hongos,

etc.) que contienen ácidos nucleicos (ADN, ARN o ambos) sólo están compuestos por

aminoácidos [33].

La forma de actuar de un prión es provocar un cambio de configuración en una

proteína natural del organismo, alterando su funcionalidad y dando lugar a la proteína

de configuración alterada.

29

La OMS (Organización Mundial de la Salud), ha definido la destrucción del prión en

tejidos u objetos infectados. La esterilización por vapores a 132°C durante 18 minutos,

siendo este es único método que garantiza eliminación de priones.

Para el desarrollo de este proyecto se elegirán los métodos de vapor y el método del

óxido de etileno. Principalmente el vapor, ya que es el método que la autoclave de la

empresa EBP posee, siendo ellos expertos en el tema y con la seguridad de que sus

equipos ya cumplen la normatividad requerida, además de ser el método de

esterilización más efectivo, ya que elimina todos los microorganismos que causan la

trasmisión de enfermedades, neutralización de proteínas y priones, además de ser un

método económico.

El segundo método seleccionado es el de óxido de etileno, se eligió debido a que es el

método químico con mayor cantidad de materiales posibles a esterilizar, además, es el

segundo proceso más utilizado a nivel general después del vapor. El óxido de etileno

puede esterilizar elementos termosensibles como son los plásticos, que hoy en día son

mayormente utilizados en el sector salud (materiales que el vapor deforma por

trabajar a altas temperaturas).

Por lo que al contener en un mismo equipo ambos métodos (vapor y óxido de etileno),

se tendrá una gran gama de materiales disponibles a esterilizar.

Los sistemas que emplean óxido de etileno puro y el vapor por altos vacíos, los

materiales debe usar en empaquetados que respiren durante los ciclos, estos deberán

permitir el paso fácil del esterilizante hacia adentro o fuera del empaque y

proporcionar protección contra microorganismos después de la esterilización, también

es importante contar con testigos o controles biológicos y químicos como las cintas

testigos, las cuales cumplen la función de demostrar que el empaque llegó a las

condiciones necesarias de esterilización, al final mostrarán una líneas negras en esta

cinta, si no aparecen al finalizar la esterilización significa que no se realiza bien el

proceso Ilustración 5. Existen empaquetados de plástico, papel y contenedores

diseñados para objetos que serán esterilizados con estos métodos.

Ilustración 5 Empaquetados y cinta testigo.

30

2.4 Método de esterilización por vapor.

Para la esterilización por calor húmedo, se utilizan las autoclaves a vapor. Este método se considera el más efectivo, económico, rápido y disponible en la actualidad, por lo que debe ser la primera opción en la selección de métodos de esterilización. Hoy en día la mayoría de los materiales y artículos que requieren ser estériles como el instrumental quirúrgico, textiles y gomas pueden ser procesados en una autoclave. Pero existen diferentes autoclaves capaces de esterilizar por vapor, es por ello que se necesita hacer una selección del mejor procedimiento para la autoclave híbrida.

2.4.1 Principio de operación.

El método por vapor se basa en el contacto directo del vapor con todas las superficies

del instrumental, al igual que para los textiles lo hace con cada hilo, fibra o partícula de

material poroso sujeto al proceso de esterilización. El vapor penetra, calienta y

esteriliza a través del proceso de condensación del agua.

Por ejemplo, en la esterilización de objetos textiles, el vapor primero entra en contacto

con las capas exteriores, la temperatura del material textil (mas frio que el vapor)

causa que una película de vapor se condense en su superficie, dejando una pequeña

cantidad de agua en él, luego, el calor se absorbe en el material textil hasta que

alcanza la temperatura del vapor; el vapor pasa a través de cada capa, condensando y

calentado hasta que toda la masa de textil ha sido calentada y por ende esterilizada.

Este mismo proceso se aplica a materiales sometidos a esterilización de la superficie

como instrumentos de metal sin filo y objetos de vidrio. El vapor no puede penetrar en

estos materiales, así que el frío del metal o del vidrio condensa el vapor hasta que la

superficie se calienta, logrando así la esterilización.

En la esterilización por vapor, el agua empleada debe de estar libre de sustancias

extrañas, por lo que solo se utiliza agua desmineralizada (agua sin sales y minerales).

Ya que si una autoclave no tiene una determinada calidad en el agua, con el paso del

tiempo podría incluso llegar a producir obstrucciones en las tuberías de la misma. Si las

conducciones y válvulas internas, no disponen de tratamiento inoxidable, aparecerán

depósitos extraños sobre el instrumental.

La carga excesiva de material dentro de la autoclave provoca sombras de calor que

impedirán la esterilización de todos los elementos inmersos, y una temperatura

superior a 140°C, puede llegar a comprometer el afilado de los aceros (base del

instrumental quirúrgico) o deformaciones en otros materiales. Si se introducen

materiales quirúrgicos distintos al acero, se deben de tener en cuenta las temperaturas

máximas soportadas por los mismos.

31

2.5 Clasificación de las autoclaves de vapor.

Como existe una gran variedad de modelos de autoclaves y estos tienen diferencias en

cuanto a operación, tiempos de esterilización, capacidad y tamaño; al incorporar

nuevos equipos, es importante que los clientes participen en la capacitación del

personal para asegurar su buen funcionamiento. Si se planifica la adquisición de nuevo

equipo de esterilización se debe comparar acerca de las opciones y seleccionar la que

es más adecuada a las necesidades.

Una autoclave de vapor se puede clasificar por el tamaño y la capacidad de materiales

que pueden introducirse al equipo; por lo general se toma como referencia el volumen

de la cámara de esterilización que se mide en decímetros cúbicos o en litros.

Las autoclaves se clasifican de acuerdo a la producción de vapor:

Vapor centralizado: El vapor es suministrado por un elemento externo a la autoclave, por ejemplo una caldera.

Generador eléctrico incorporado: La autoclave cuenta con un generador de vapor integrado, regularmente localizado debajo de la cámara de la misma.

Generador eléctrico en la cámara: En estos equipos se localizan resistencias eléctricas dentro de la cámara de la autoclave con la función de calentar el agua hasta evaporarla. Esta la producción que se usara en la autoclave híbrida.

Las autoclaves se clasifican en relación al funcionamiento:

Autoclave de vapor por desplazamiento de gravedad: En estos equipos el aire que se

encuentra al inicio dentro del equipo es removido por gravedad, quiere decir que a

medida que la presión en la cámara aumenta por la admisión del vapor, este empuja el

aire hacia el drenaje (conducto colocado en la parte inferior); ya que el aire frío es más

denso o pesado que el vapor suministrado y, por ende, el aire se hunde por debajo del

vapor, Ilustración 6. El vapor entra a la parte superior de la cámara y desplaza el aire

dentro de la misma. Este proceso es muy lento y favorece la permanencia residual del

aire.

Al suministrar el vapor la presión y la temperatura aumentaran hasta que el vapor de

la cámara alcanza la temperatura deseada para la esterilización del instrumental, la

temperatura se mide por un sensor en la línea de drenaje, y la presión por un

manómetro, al llegar a la temperatura de operación se realiza espera el tiempo de

exposición para la esterilización. Las autoclaves de desplazamiento por gravedad

operan a una temperatura de 121°C.

32

Ilustración 6 Esterilizador por desplazamiento de gravedad.

Autoclave con vacío previo o Pre-vacío: Los autoclaves con previo vacío operan en

forma similar a los de desplazamiento por gravedad, la diferencia es que su

equipamiento es más seguro en relación con la remoción del aire de la cámara y de la

carga antes que penetre el vapor. Estos cuentan con una bomba de vacío dispositivo

Venturi para retirar el aire de la cámara rápidamente, de modo que el vapor ingrese a

la cámara a mayor velocidad al desplazar el aire hacia afuera, mejorando la eficiencia

de la autoclave al incrementar la velocidad del proceso. Estas autoclaves de operan a

una temperatura de 132°C.

La ventaja de este sistema es que la penetración del vapor es prácticamente

instantánea aún en materiales porosos. En estas condiciones la carga se puede

exponer por corto tiempo a altas temperaturas. Con este método los períodos de

esterilización son menores debido a la rápida remoción del aire de la cámara y es

mayor la temperatura a la que es posible exponer los materiales.

Autoclave “Flash”: Fueron diseñados para esterilización de emergencia, el material es

sometido al proceso sin empaque Ilustración 7. Estos equipos alcanzan las condiciones

de esterilización en un tiempo corto con una exposición mínima de 4 minutos a 134°C

aproximadamente. En un comienzo fueron muy utilizados por la posibilidad de

esterilizar en poco tiempo, pero tiene limitaciones como la difícil monitorización y su

baja efectividad con controles biológicos. Existen algunos controles para este tipo de

esterilizadores pero no está claramente demostrada su eficiencia. Se considera el

menos confiable debido a que hay mayor posibilidad que el procedimiento sea

realizado por personal no entrenado y sin supervisión, además de que los artículos no

estén debidamente protegidos por un empaque hace posible su contaminación en el

momento que se saca del equipo y se traslade hasta su sitio de uso. Estos equipos

también contienen la bomba de vacío, pero esta es de alta velocidad. La

recomendación es que se utilicen sólo en casos de emergencia cuando es imposible

recurrir a otros métodos.

33

Ilustración 7 Autoclave Flash.

2.5.1 Método del proceso de vapor seleccionado. El funcionamiento seleccionado es el de vapor por pre-vacío y por lo tanto es del que hablará a lo largo del trabajo, su selección fue por los siguientes motivos:

Es un método económico, confiable al hacer la medición de las variables y seguro de utilizar.

Esteriliza gran variedad de materiales, siempre y cuando sean termorresistentes.

El vapor penetra fácil y rápidamente en los materiales, tiene una circulación constante, además es el método de vapor más veloz.

2.6 Materiales posibles a esterilizar por vapor al pre-vacío.

Metales: Solamente instrumentales sin filo, esto debido a que con el calor los

materiales además de dilatarse tienden a debilitarse, lo que provoca un desgaste en el

filo de los instrumentos. Tiempo de exposición de 20 min a una temperatura de 132°C.

Vidrios: En algunas ocasiones es preferible su esterilización por calor seco, pero es

factible hacerlo también por vapor saturado, sus condiciones de operación son

distintas ya se debe cuidar la presión para que no estrelle el material de laboratorio

(pipeta, probeta, matraz). Tiempo de exposición de 20 min a una temperatura de

132°C.

Textiles (Algodón, hilo, fibras sintéticas, etc.): La porosidad del tejido, puede dificultar

el paso del vapor y la succión por la bomba de vacío, por ello se recomienda en el caso

de ropa nueva se lleve a cabo un lavado previo a fin de disminuir este riesgo. Tiempo

de exposición de 15 min a una temperatura de 132°C.

Líquidos (Agua destilada, medios de cultivo, algunos medicamentos y soluciones

farmacológicas, siempre que no alteren su composición): El llenado del recipiente no

debe sobrepasar los 2/3 de su capacidad total, su tiempo de exposición es de 15 min a

una temperatura de 121°C, y a diferencia de los demás, debe hacerse un escape lento.

34

Gomas y guantes: Únicamente termorresistentes, tiempo de exposición de 15 min a

una temperatura de 121°C.

Previamente todo el material debe estar limpio y seco, a fin de asegurar la eliminación

de materia orgánica. El vapor deberá estar saturado y exento de sustancias químicas

las cuales podrían contaminar los objetos que se están esterilizando. Todo el material

debe colocarse en recipientes que permitan una fácil evacuación del aire y una buena

penetración del calor; la cámara no podrá estar sobrecargada, de modo que el vapor

alcance por igual a toda la carga.

2.7 Proceso de esterilización de vapor por pre-vacío.

Para llevar a cabo el proceso de esterilización por pre-vacío es necesario cubrir los

cuatro pasos básicos, estos se representan en el diagrama de la Ilustración 8.

Ilustración 8 Diagrama del proceso de pre-vacío.

Acondicionamiento:

El material se prepara para iniciar la fase de esterilización (lavado previo).

La puerta debe quedar herméticamente sellada.

Se hace la admisión de agua a la cámara.

El agua es calentada para generar vapor.

Se eleva la temperatura para después mantenerla constante, ésta varía dependiendo el material.

Se realizan los pre-vacíos para succionar el aire dentro de la cámara.

Después de los pre-vacíos, se espera a que en el equipo se tengan las condiciones de operación necesarias para esterilizar.

Exposición:

Es el tiempo en que el vapor entra en contacto con los materiales para eliminar las bacterias. Se mantiene la temperatura constate durante un tiempo determinado que varía según el tipo de material para esterilizar correctamente el mismo.

Secado:

ACONDICIONAMIENTO

LLENADO

1o VACÍO

GENERACIÓN DE VAPOR

2o

VACÍO

EXPOSICIÓN

TEMPERATURA

CONSTANTE

SECADO

ELIMINACIÓN DE

VAPOR

35

El vapor presente en la cámara se elimina por medio de succiones, aquí es

donde los materiales se enfriarán gradualmente.

Después los materiales deben quedar libres de humedad y calor, por lo ello las

variables de temperatura y presión bajarán, igualando los valores de la

atmósfera, con el fin de que lo materiales terminen secos.

En la actualidad se fabrican equipos sofisticados que funcionan con el mismo principio, pero facilitan la operación y aumentan el nivel de seguridad por medio de controladores, para este prototipo será un PLC. Los esterilizadores de control semiautomático, están dotados de válvulas múltiples, bombas de vacío o eyectores Venturi que efectúan diferentes funciones específicas. Al poner en operación los controles, el equipo admite vapor a la cámara, permite el escape del aire, mantiene las condiciones para el tiempo de exposición y crea el secado de la carga al final del proceso.

2.8 Ventajas y desventajas del método por vapor por pre-vacío.

Ventajas: Es un método de rápido calentamiento, fácil penetración y destrucción de los

microorganismos como bacterias, virus, esporas y priones en corto tiempo, no deja

residuos tóxicos, hay un bajo deterioro del material expuesto y es el método más

económico.

Desventajas: No permite esterilizar soluciones líquidas que formen emulsiones con el

agua y es corrosivo sobre ciertos instrumentos metálicos, y no se debe utilizar en

metales que tengan filo, como son los bisturíes.

Tiene limitaciones dado que sólo es válida para instrumentos tolerantes al calor, como

los fabricados en acero inoxidable, dejando fuera a los materiales plásticos. Incluso si

todos los instrumentos quirúrgicos pudieran tolerar una exposición prolongada al

calor, la oxidación podría causar un ligero deterioro en los mismos y pérdida de filo en

el instrumental metálico.

Al contener una fuerte presión dentro de la cámara del esterilizador, esta presenta el

riesgo a una explosión por fuga; esta puede causar quemaduras a los operadores, ya

que el vapor contenido sale a gran presión y temperatura. Solo el mantenimiento

adecuado de la autoclave y revisiones constantes pueden prevenir las fugas.

36

2.9 Método de esterilización por óxido de etileno.

El óxido de etileno es uno de los agentes más efectivos para la esterilización, posee la

gran ventaja de esterilizar materiales sensibles al calor y a la humedad sin deterioro

como en el proceso de vapor. El óxido de etileno es un agente alquilante (sustituye un

átomo de H por un radical hidroxilo) que afecta a la capacidad metabólica y a la

reproducción celular, destruyendo así microorganismos por medio de los efectos de

alquilación del mismo sobre la célula microbiana.

La alquilación es el término químico para definir el remplazo de un átomo de

Hidrógeno dentro de un grupo químico como hidroxilo, carboxilo, amino, o sulfhidrilo

con un radical de hidroxietilo. La aniquilación de microorganismos por el óxido de

etileno es una interferencia química, donde la reproducción y metabolismo de las

células microbianas son alterados, dando como resultado la inactivación de procesos

de reproducción o la misma muerte de las células [34].

En la Ilustración 9 se muestran algunas de las reacciones químicas que ocurren en una célula bacteriana con el óxido de etileno. Cuando hay contacto con el agente resulta la muerte o inactivación de la célula. La velocidad a la cual ocurre la destrucción depende de la velocidad de difusión del gas a través de las paredes de celulares, de la accesibilidad o viabilidad de la reacción con el óxido de etileno y si la célula está en estado vegetativo o en forma de espora. Las propiedades del óxido de etileno se encuentran en la Tabla 7.

ALQUILACIÓN

CELULA

BACTERIANA

NH2

COOH

SH

OH

H C C H

O

H H

CELULA

BACTERIANA

NH-

COOO-

S-

O-

C C

H H

H H

OH

VIVAOXIDO DE

ETILENOMUERTA

Ilustración 9 Reacciones de las bacterias con el óxido de etileno.

37

Tabla 7 Propiedades físico químicas del óxido de etileno [35].

Fórmula C2H4O2

Estructura Atómica

Peso molecular 44.05

Densidad 899 kg/m3 o 0.899 g/cm3

Punto de Ebullición 1 atm: 10.7°C

Punto de Fusión 1 atm: -111.3 °C

Temperatura inflamable <-18 °C

Temperatura de auto inflamable

429°C

Características Líquido o gas, incoloro, de olor parecido al éter,

irritante a altas concentraciones.

Solubilidad Miscible en agua y en la mayoría de los disolventes

orgánicos (alcohol, éter...)

En fase líquida es incoloro, completamente soluble en agua a 10°C.

Es inflamable en estado líquido y gaseoso.

Es un compuesto altamente toxico.

En cualquier estado logra la destrucción de microorganismos.

Reacciona con el agua para formar un número de glicoles complejos (compuestos químicos que contienen dos grupos hidroxilos).

Las mezclas del óxido de etileno con aire pueden ser encendidas por una chispa eléctrica, electricidad estática, calor excesivo, flamas, o por otros medios.

La combinación de sus particularidades posibilitó su amplia difusión, y permite:

Penetrar en los pliegos y lugares más inaccesibles del elemento a esterilizar. Esterilizar entre los 27°C y los 60°C, garantizando la no deformación o

destrucción de los elementos. Traspasar las membranas de las empaquetaduras que contienen los elementos.

El uso del óxido de etileno es en la actualidad un procedimiento común, aunque ha sido limitado por su inhabilidad para destruir priones y por sus efectos fisicoquímicos sobre ciertos materiales, pero principalmente por los daños ocasionados sobre el personal que trabaja con él sin las medidas de prevención adecuadas.

Acompañando a la aparición de nuevos elementos para uso médico y creando un sin número de técnicas y procedimientos novedosos, se han desplazado algunos materiales tradicionales y termosensibles, la esterilización debió adaptarse para poder

38

satisfacer las necesidades de la industria y de las unidades sanitarias con nuevos materiales normalmente plásticos.

Las técnicas tradicionales de esterilización por vapor, necesitaron ser complementadas con algún otro método, el mejor de ellos es la esterilización química por óxido de etileno.

Gracias a éste método se pueden esterilizar elementos que antes eran descartados de uso hospitalario, y con el problema de no poder ser reutilizados ya que no brindaba la máxima seguridad y garantía que requiere una unidad sanitaria, o bien porque el calor perjudica o reduce la vida útil. En la Tabla 8 se visualizan los materiales que puede esterilizar y cuáles no con el óxido de etileno.

Tabla 8 Materiales que se pueden o no esterilizar [36].

SE PUEDE ESTERILIZAR NO SE PUEDE ESTERILIZAR

Plásticos Gomas sensibles

Instrumental óptico y metálico

Material eléctrico Implantes Prótesis

Papel Vidrio

Soluciona acuosas Líquidos / Aceites

Grasas / Lubricantes Elementos textiles

Polvos Materiales de Magnesio, Zinc o Estaño

Nylon/ Caucho Papel Aluminio

El método de esterilización química por gas óxido de etileno, aún no ha sido superado por otras tecnologías, lo que hace que en ésta resulte irreemplazable para la esterilización de elementos termosensibles. Ya que es considerado como un método de esterilización en frío, ya que trabaja con temperaturas que no superan los 60 °C.

2.9.1 Principio de operación.

El óxido de etileno es un método altamente eficiente para la esterilización. Debido a su punto de ebullición bajo (10.4°C), llega a ser activo a temperatura ambiente. Se vaporiza e impregna rápidamente con el empaquetado, disolviéndose en sustancias como el plástico y el caucho. El óxido de etileno mata a la mayoría de microorganismos bajo condiciones atmosféricas ordinarias. Sus enlaces moleculares frágiles permiten que reaccione rápidamente con una variedad amplia de compuestos. Para los materiales que no pueden resistir las presiones y temperaturas altas de la esterilización por vapor, ésta es la mejor opción, pues trabaja a temperaturas de entre 27°C a 37°Cen el ciclo frio y 55°C a 60°C en el ciclo caliente. Esta tecnología requiere de un aireador, fundamental para la seguridad del material y de los operadores, ya que se encarga de eliminar cualquier residuo del agente esterilizante en el instrumental y en el equipo.

39

2.9.2 Campo de aplicación del óxido de etileno.

Instituciones de salud (Hospitales públicos y privados; sanatorios, clínicas).

Fabricantes de productos termosensibles para medicina (productos ortopédicos, instrumental para oftalmología, etc.).

Emergencias sanitarias (salas de primeros auxilios, unidades sanitarias, etc.), ampollas de óxido de etileno.

Veterinarias y agropecuarias: ampolletas de óxido de etileno para el control de plagas, y para la esterilización de instrumental.

Bibliotecas y anticuarios: ampolletas de óxido de etileno para controlar insectos y larvas en libros y artículos de alto valor histórico.

2.10 Tipo de dosis del óxido de etileno.

La manera más segura y confiable para aplicar este gas es utilizando ampolletas que permitan la seguridad del operador, del lugar de trabajo y del medio ambiente, además de optimizar los procesos al establecer relaciones adecuadas entre las variables de presión, tiempo de exposición y temperatura. Estas condiciones varían de acuerdo a los materiales a esterilizar.

El óxido de etileno puede comercializarse de la siguiente manera:

Pequeñas dosis: ampolletas de vidrio (para el caso de autoclaves pequeños) Cartuchos metálicos descartables (para equipos de esterilización de mediana

capacidad). A granel: cilindros o tanques (para cámaras esterilizadoras de gran capacidad).

Los equipos que utilizan como tecnología este gas, básicamente consisten en una

cámara, donde los artículos se exponen a óxido de etileno por un período para

esterilizarlos. Los dos tipos de esterilizadores de este gas usados son:

Esterilizadores que utilizan ampolletas de cristal. Donde el operador debe colocar los

instrumentos dentro de la cámara, se rompe un cartucho simple de óxido de etileno y

estabilizadores para iniciar el proceso.

Esterilizadores que utilizan cartuchos de aluminio. Que son provistos por cilindros del

gas comprimido de forma automática por el equipo, esta cuenta con una aguja de

acero inoxidable, que lo perfora al inicio del ciclo de la esterilización.

El proceso es el mismo en ambos, cuidando los mismos parámetros en los dos

procedimientos. Cabe mencionar que en los primeros, el operario se expone a un

contacto directo con el agente, que pone fuertemente en peligro su seguridad. Existe

una gran variedad de autoclaves para esterilizar por medio de gas óxido de etileno,

pero básicamente se clasifican en dos categorías dependiendo del tipo de gas que

usen:

Óxido de etileno en mezclas: trabajan con presiones positivas. Óxido de etileno puro: trabajan a presión negativa.

40

Al inicio se usaron las mezclas de óxido de etileno y bióxido de carbono (CO2), no

obstante, la mayoría fueron reemplazadas por otra mezcla no inflamable de 12% óxido

de etileno y 88% clorofluorocarbonos (CFC, mezcla 12/88). Estos ciclos emplean

típicamente un vacío inicial ligero para remover todo el aire posible, y son usados para

esterilizar aquellos componentes incapaces de soportar los severos vacíos asociados

con los ciclos del óxido de etileno al 100%.

El óxido de etileno puro es bastante inflamable, por lo cual los esterilizadores bien

diseñados son los que usan óxido de etileno puro ya que operan a una presión inferior

a la atmosférica para eliminar los problemas de fugas de gas, evitando así provocar

incendios o explosiones. Los esterilizadores que usan mezclas de óxido de etileno no

inflamables pueden incorporar en su ciclo de esterilización las condiciones de presión

negativa.

2.11 Mezclas del óxido de etileno.

2.11.1 Óxido de etileno puro.

La primera aplicación de esterilización era una lata grande acompañada de un frasco

con óxido de etileno líquido en una bolsa de plástico. El técnico colocaba los materiales

dentro en la lata y abría el frasco rápidamente, ubicándolo en la parte superior de

dicha lata; la lata era cubierta, volteada boca abajo y se esperaba toda la noche. Por

consiguiente existían grandes problemas para realizar una esterilización efectiva.

Una segunda solución fue suministrar el óxido de etileno puro en pequeños cartuchos,

este era colocado en un esterilizador que provocaba un vacío y entonces se perforaba

el cartucho automáticamente. Después de un tiempo de exposición, el óxido de etileno

era evacuado hacia un conducto de aire exterior, si éste no se encontraba disponible,

entonces se retiraba hacia una esponja mojada (hace aproximadamente 30 años).

Hoy en día se ha expandido aquella idea hacia una línea de unidades automáticas, con

características de seguridad para la protección de los trabajadores y para la

esterilización eficaz. La aireación puede ser hecha finalizado el ciclo de esterilización.

Otros equipos que usan óxido de etileno puro utilizan un proceso de desintoxicación

para remover el aire mediante el empleo de una secuencia de pulsos de vacío y un

flujo de vapor por debajo de la presión atmosférica (aquí no es requerida la etapa de

aireación).Técnica semejante al sistema de vapor flash. El proceso asegura máxima

penetración del óxido de etileno en los productos esterilizados. Son programados con

un tiempo de entre 4 y 18 horas de duración. Utiliza para su operación ampolletas de

cristal o cartuchos con óxido de etileno puro en ellos Ilustración10.

41

Ilustración 10 Ampolleta y cartuchos de óxido de etileno puro.

2.11.2 Mezcla de óxido de etileno y CFC (12/88).

Las autoclaves que usan mezclas de óxido de etileno y clorofluorocarbono cuentan con

dos ciclos de esterilización, para alta y otro para baja temperatura. Los CFC’s son

contribuyentes al problema de la reducción de la capa de ozono.

El ciclo a alta temperatura inicia con un suministro de vapor seco interior de la cubierta

del esterilizador a una presión inferior a la atmosférica. Generando un eventual

calentamiento de la cámara interna (precalentamiento). Una vez calentada la cámara

se le aplican una serie de pulsos de vacío, seguidos de unos pulsos de retardo y pulsos

de vapor, repetidamente (acondicionamiento). Durante la fase de humidificación, la

presión de la cámara varía entre 75 mmHg y 90 mmHg. Cuando la presión en la cámara

es de 75mmHg, se introduce vapor hasta que alcance 90mmHg, posteriormente se

introduce el gas esterilizante hasta que alcance 380mmHg con carga, y comience el

periodo de esterilización.

Después de 1hr 45min (tiempo de exposición aproximado), el gas es evacuado de la

cámara. Al final de la esterilización se produce un vacío y durante 20 minutos el aire es

extraído. La fase de aireación consiste en la repetición de pulsos de 50 minutos

durante las siguientes 36 horas. El ciclo a baja temperatura es el mismo que el a alta

temperatura, pero con tiempos y presiones diferentes por el tipo de material.

2.11.3 Mezcla de óxido de etileno y HCFC.

Los HCFC (hidroclorofluorocarbonos) ofrecen buen retardo de la ignición, baja

toxicidad, aceptable presión de vapor, compatibilidad de materiales y buenas

propiedades de mezclado. Esta mezcla está compuesta aproximadamente por 10%

óxido de etileno y 90% HCFC en peso. Esta es la única alternativa de esterilización que

requiere pocos cambios de los sistemas 12/88. La conversión de las mezclas es un

simple ajuste de las presiones de la cámara y de circuitos integrados del esterilizador

42

(con microprocesadores), los ciclos permanecen casi iguales. Se puede emplear un

proceso de pulsos de presión y flujo de aire para remover el aire al inicio del ciclo y

desintoxicar al final. Estas mezclas han sido detectadas como reductores de la capa de

ozono, por lo cual el uso de mezclas de HCFC es como sustituto siendo una solución

temporal.

2.11.4 Selección de mezcla del óxido de etileno.

Se realizó una investigación de la mezcla más adecuada para la autoclave, y se eligió la

opción del óxido de etileno puro debido a:

Las cotizaciones realizadas a diferentes empresas de distribución, encontramos

una que ofrece una ampolleta de cristal que cubre la capacidad de la autoclave.

Se evita la necesidad de controlar la concentración del óxido de etileno.

Las mezclas de CFC y HCFC son más dañinas y perjudiciales para el medio

ambiente y por esta razón serán descontinuadas.

2.12Proceso de esterilización por óxido de etileno.

La esterilización con óxido de etileno es un proceso mucho más complejo del realizado en la esterilización de vapor. Esta complejidad es por el hecho de controlar la temperatura y una presión negativa, amplio tiempo de exposición. Las fases del proceso de muestra en la Ilustración 11.

Ilustración 11 Proceso del óxido de etileno.

AAMIST41 EN 550, marca pasos normalizados para garantizar la esterilización por medio del óxido de etileno en autoclaves los cuales son:

Calefacción: Seleccionar la temperatura a esterilizar ya sea ciclo frío 27-37 °C o ciclo caliente 55-60 °C. (esta temperatura se mantendrá hasta el proceso de aireación).

Vacío inicial: Llevar la presión de la cámara a -660mmHg.

Fractura de ampolleta y expansión del Óxido de Etileno.

Presurización de la cámara: Llevar la presión de la cámara a -360 mmHg.

Esterilización: Tiempo de exposición dependiendo el material a esterilizar.

Desgasificación: Llevar nuevamente la presión de la cámara a -660mmHg. Cantidad de ciclos de vacío variables.

Aireación: Tiempo en cual se extrae todo el contenido de óxido de etileno de la cámara, mediante la circulación de aire.

Igualar presiones o Normalización: Colocar la cámara en una temperatura adecuada al contacto humano mediante la apertura de una válvula de escape.

43

Cuando la presión dentro de la cámara es aproximada a la presión atmosférica el material se encontrara listo para retirarse.

En los distintos tipos de mezclas del óxido de etileno el proceso de esterilización varía entre ellos. Pero para el presente proyecto se eligió por óxido de etileno puro, hablaremos únicamente de este proceso, además de ser el más utilizado en las autoclaves por la calidad con la que entrega los materiales. El uso del óxido de etileno puro al ser utilizado para los materiales que no soportan temperaturas de 115°C (temperatura mínima de la esterilización por vapor) cuenta con dos procesos, que son en frío y caliente. Lo único que varía en ellos, es la temperatura con la que se desarrolla el acondicionamiento del material, el tiempo de exposición y el tiempo de aireación de los mismos, El Instituto de Seguridad e Higiene en el Trabajo junto con el Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales en España sugieren un rango de temperaturas para cada ciclo así como su tiempo de exposición, tomando en cuenta la sensibilidad térmica de cada material Tabla 9.

Tabla 9 Ciclos del óxido de etileno puro [37].

ÓXIDO DE ETILENO

PURO

CONDICIONES

TEMPERATURA TIEMPO DE EXPOSICIÓN Y

AIREACIÓN

CICLO FRÍO 37°C 5-6Horas / 12 Horas

(mínimo)

CICLO CALIENTE 55°C 2-3 Horas / 12-36 Horas

(mínimo)

2.13 Efectos secundarios y riesgos.

La utilización del óxido de etileno en centros sanitarios ha quedado prácticamente

reducida al área de esterilización, y solo lo usan para los materiales que no resisten el

calor. Permitiendo la prevención de la exposición a este producto para los operadores;

pueden esperarse efectos tóxicos si no se toman las medidas de seguridad adecuadas

ya que el gases clasificado como cancerígeno.

El óxido de etileno posee varios peligros físicos para la salud, es inflamable, altamente

reactivo y tóxico. Las exposiciones al gas de aproximadamente de 200 ppm (partes por

millón, quiere decir el nivel de concentración de la sustancia, 1ppm es igual a 1.8

mg/ de óxido de etileno incluye irritación de ojos, nariz y garganta en la mayoría de

la gente. Niveles por arriba de los 1000 ppm pueden causar tos, irritación de

pulmones, dificultades respiratorias y dolores de pecho. Niveles de exposición altos y

breves de óxido de etileno tienen un leve efecto depresivo sobre el cerebro parecido al

efecto del alcohol.

El contacto repetido con el óxido de etileno líquido con los ojos forman cataratas y en

la piel causa quemaduras. Los efectos en la piel, no parecen hasta después de 1 a 5

44

horas, también causa lesiones dérmicas por contacto prolongado con objetos que no

son aireados suficientemente.

El uso de los monitores del personal es recomendado por AAMI y ahora es un requisito

regulador del OSHA, estas organizaciones determinan el nivel máximo de exposición al

excedente de óxido de etileno al período del tiempo dado de los trabajadores para

cuidar su salud.

Es importante hacer notar que la OSHA ha concluido que las exposiciones prolongadas

al gas óxido de etileno pueden dar lugar o estar asociadas al desarrollo de las

siguientes condiciones:

Cáncer en la sangre (leucemia).

Cáncer en el cerebro y otros órganos.

Mutaciones genéticas.

Aumento en la cantidad de aberraciones cromosómicas.

Efectos productivos adversos en hombres y mujeres.

Irritación de tejidos.

Edema pulmonar y lesiones respiratorias.

Bronquitis.

Dolores de cabeza.

Náuseas y vómitos

Diarrea.

Adormecimiento y debilidad.

Pérdida de coordinación.

2.14 Restricciones, precauciones y condiciones del óxido de etileno.

Las restricciones sobre el uso del óxido de etileno han incluido la cantidad permitida

del esterilizante liberado a la atmósfera. Estas restricciones han sido impuestas por

algunos estados de la Unión Americana. La Agencia para la Protección Ambiental de

Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés) ha considerado establecer estándares

federales sobre emisiones de óxido de etileno.

Como resultado los fabricantes de artículos médicos controlaron sus emisiones de

óxido de etileno, con recuperadores de gas y sistemas de reciclado son también

empleados para atrapar condensar y reconstituir las emisiones. Los incineradores

pueden ser usados sólo con óxido de etileno puro o mezclas diferentes a los de CFC

para convertirlo en bióxido de carbono y agua.

En 2007 el Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional de Estados Unidos

(NOISH) recomendó un nivel para la exposición a óxido de etileno de 10 ppm en

promedio durante una jornada de 8 horas, diseñado para proteger a los trabajadores

contra los efectos crónicos y graves hacia la salud. En 2009 OSHA determino la que la

máxima cantidad recomendada es de 8 horas a una concentración de 5 ppm.

45

Las precauciones para el manejo del óxido de etileno se tienen:

Centralizar los lugares de utilización de óxido de etileno, garantizando una renovación permanente del aire en el área de esterilización mediante la utilización de extracción forzada de aire.

Evaluar y elegir los equipos de esterilización más convenientes; manejarlos adecuadamente, realizando el mantenimiento periódico y preventivo de los mismos.

Respetar las normas de almacenamiento y transporte según (AAMI). Evitar siempre el contacto del óxido de etileno con cualquier fuente de ignición

(fuego), ya sea en el ambiente de trabajo, en el transporte o en el lugar de depósito.

Tener programas de capacitación del personal que trabaja en el área de esterilización.

Elaborar un plan para emergencias y catástrofes. Si por algún motivo, el óxido de etileno líquido entra en contacto con el

operador, deberá lavarse el área afectada con abundante agua fría. Si se inhalan vapores de óxido de etileno se debe salir al aire libre

inmediatamente. Si se nota dificultad en la respiración debe ayudarse a la persona con oxígeno

mientras llega el médico. En cualquier caso, luego de los primeros auxilios se debe consultar al médico.

Las condiciones de los equipos de óxido de etileno deben ser usados con características de seguridad, una liberación controlada de óxido de etileno, un flujo de aire manejado en una locación controlada, una purga efectiva de la cámara de esterilización antes de abrirla y la eficiencia de la purga está en función de la calidad del aire utilizado. Implementando controles que reduzcan el contacto de los operadores con objetos esterilizados puede ser efectivo para reducir lesiones. El incluir el esterilizador y el aireador en el mismo equipo elimina la exposición evitando el traslado del material.

2.15 Ventajas y desventajas del método de óxido de etileno.

Ventajas:

Buena difusión y penetrabilidad en los materiales porosos, en la mayoría de los plásticos y materiales termosensibles. Penetra en los pliegos y lugares más inaccesibles de los elementos a esterilizar.

Ideal para materiales biomédicos termosensibles (que son muy costosos). Tiene una buena acción superficial sobre los instrumentos metálicos con

filamentos sin dañarlos. No reacciona ni deteriora la mayoría de los materiales. Garantiza la no deformación o destrucción de los elementos termosensibles. Alta efectividad bactericida, fungicida y antiviral. Por una relación costo-proceso permite re-esterilizar elementos que de otro

modo deberían ser descartados.

46

Se neutraliza con agua (la esterilización).

Desventajas:

Es un proceso de esterilización lento. Al ser tóxico, el mal uso tiene efectos nocivos sobre la salud. Los tiempos de ventilación son largos posteriores a la esterilización, además de

durar horas varían según el ciclo del material.

2.16 Comparación de los métodos seleccionados.

Ahora, después de tener toda la información sobre los métodos de esterilización y sus ventajas y desventajas Tabla 10, se hace una tabla comparativa con dichas características que no deben ser olvidadas para la realización de la autoclave híbrida.

Tabla 10 Ventajas y limitaciones de los métodos de esterilización.

Método Ventajas Limitaciones

Vapor

Ciclos más cortos. Compatible con la mayoría de

materiales. Menor costo de operación.

Efectivo frente a la eliminación de priones.

No presenta toxicidad. Respeta al medio ambiente.

Método no compatible con material termosensible.

Deteriora filos cortantes.

Óxido de etileno

Permite la esterilización de materiales termosensibles.

Buena penetración en materiales porosos.

No deteriora filos cortantes.

Requieren períodos prolongados de contacto y aireación.

No es un método efectivo contra priones.

Tóxico para el personal, pacientes y ambiente.

Recordemos que existen materiales que pueden ser esterilizados por el método de

vapor pero no son posibles de esterilizar por el gas óxido de etileno, como por ejemplo

los textiles. De igual manera hay materiales que se esterilizan por óxido de etileno y el

método de vapor no puede hacerlo; por lo tanto estos métodos se complementan

entre sí, logrando juntos la esterilización de casi todos los materiales médicos

existentes de mayor uso (Ver Tabla anexo 2).

El problema principal de implementar estos 2 métodos de esterilización en un mismo

equipo es la generación del compuesto químico llamado etilenglicol también conocido

como etanodiol, glicol de etileno, o glicol (C2H6O2). El óxido de etileno al reaccionar con

el agua produce el etilenglicol como siguiente ecuación lo señala.

C2H6O2 + H2O → HOCH2CH2OH

47

El problema con este compuesto es que al contacto con el cuerpo humano puede

provocar nauseas, convulsiones, dificultad respiratorias, desorientación, en cantidades

mayores presenta problemas en el corazón y el riñón, además de ceguera al contacto

con los ojos y si es inalado puede dejar grandes secuelas cerebrales y hasta la muerte,

por lo que es mucho más tóxico que el óxido puro.

En la Tabla 11 se muestran las características comparativas de operación de los

métodos de vapor por pre-vacío y el óxido de etileno puro, previamente seleccionados.

Estos datos son importantes para el desarrollo del proyecto y del programa de

operación de la autoclave, además de los parámetros para la eliminación correcta de

los microorganismos por la esterilización. Y en la Tabla 12 se muestran los materiales

seleccionados para esterilizar en la autoclave híbrida, ya que además de ser los más

utilizados, los métodos son realmente efectivos para estos.

Tabla 11 Comparación de las características de los métodos.

CARACTERISTICA VAPOR ÓXIDO DE ETILENO

Parámetros Tiempo Corto

Temperatura Alta Presión Alta

Tiempo Largo Temperatura Baja Presión Negativas

Tiempo / Temperatura

15 min/121° C 20 min /132° C

2-3 hrs/ 55°C 5-6 hrs / 37°C

Requisitos para el proceso

Alimentación eléctrica Fuente de vapor

Retorno de vapor

Alimentación Eléctrica Línea de aire

Pistón Neumático Eyector Venturi

Toxicidad NO SI

Materiales Compatibles

Instrumental Metálico sin filo Textiles Vidrio

Líquidos en recipientes de vidrio Gomas y Guantes

Instrumental Metálico con filo Plásticos

Implantes Prótesis

Instrumental Óptico

No compatibles

Aceites Plásticos Polvos

Lubricantes

Aceites Líquidos Polvos

Lubricantes

Aireación Breve Prolongada

Elementos de seguridad para el

operador Guantes aislantes

Mascarillas con filtro especial Guantes de

Polivinilo

Tiempo aprox. de proceso completo

45 minutos Máximo 36 horas

48

Tabla 12 Materiales seleccionados para la autoclave híbrida.

MATERIALES A ESTERILIZAR POR METODO

VAPOR ÓXIDO DE ETILENO

Textiles. Líquidos.

Recipientes de vidrio. Instrumental sin filo.

Goma y guantes termorresistentes.

Plásticos. Instrumental con filo.

Prótesis. Instrumental óptico.

Implantes.

49

Capítulo 3 Autoclave Actual y Selección de Nuevos Componentes.

3.1 Autoclave E.B.P. Modelo 2040M.

El esterilizador de vapor autogenerado modelo 2040M, es el equipo más pequeño de

la empresa EBP, es además el más adecuado para consultorios ginecológicos, dentales,

laboratorios o aquellos centros donde se necesite la esterilización rápida, eficaz y

donde se cuente con espacios pequeños Ilustración 12.

Ilustración 12 Autoclave 2040M.

Son fabricados de Acero Inoxidable tipo AISI 316L en 6.36 mm (0.259”) de espesor

soldada con Argón tipo MIG (soldadura a gas y arco eléctrico), formando la cámara, sus

medidas de 20x20x40 cm en su exterior, además, cuenta con un forro de aislante

térmico de fibra de vidrio y lámina de Aluminio. Tiene aproximadamente una

capacidad de 16 litros. La estructura de la autoclave es de acero angular con

recubrimiento alquidálico y esmaltado, cuenta un sistema de nivelación en cada

extremo para permitir su ajuste. La puerta es maquinada en CNC (Control Numérico

Computarizado), en Acero Inoxidable tipo AISI 316L en 12.7 mm (0.500”) de espesor

con mecanismo de seguridad que impide la apertura con seguro de Acero Inoxidable

tipo AISI-304 pulido de 25x19 mm (1.0 x 0.75”). También cuenta con un soporte para la

puerta que con ayuda de una manija permiten cerrar herméticamente la cámara de la

autoclave. En la parte superior cuenta con un depósito para colocar agua

desmineralizada, que por medio de una tubería y una válvula deposite en la cámara. El

equipo permite reutilizar el agua con ayuda de un serpentín que está dentro del

depósito, que está conectado a la salida de vapor de la cámara por medio de una

tubería y una válvula, con el objetivo de condensar el vapor. Posee un sistema de

secado para paquetes envueltos y frascos con líquidos, esto se logra con un escape de

vapor lento que evita que se derramen. El material de los contenedores de líquidos se

llama pyrex y estos no se estrellan por el cambio de presión. A continuación se

muestra en la Tabla 13 más especificaciones del equipo.

50

Tabla 13 Especificaciones del 2040M [38].

Datos Técnicos Generales

Capacidad de la cámara 16 litros

Dimensiones Internas 20x20x400 cm 8"x8"x16"

Presión Máxima de operación

2 a 3.5 atmosferas

Temperatura de operación 132°C

Calefactor eléctrico Consumo 120 VAC

Consumo de Corriente 13 A

Peso de equipo 56 Kg

Peso bruto empacado 47 Kg

Potencia(2 resistencias) 1600 W

Tiempo máximo de duración del proceso

40 Minutos

Con base en este equipo se desarrolla la autoclave híbrida. Algunos elementos como la

cámara de acero, la puerta, las resistencias eléctricas y el depósito de agua no serán

removidos, en cambio otros componentes como el termostato y la válvula múltiple

serán sustituidos por otros que en breve son explicados. Esto se hace con la finalidad

de añadir el nuevo método esterilización así como para mejorar el sistema de

esterilización por vapor.

3.2 Componentes y funcionamiento de una autoclave básica.

En la Ilustración 13, se muestran los componentes actuales que cuenta la autoclave

2040M para cumplir su función.

Ilustración 13 Esquema de autoclave EBP 2040M.

51

3.2.1 Componentes de la autoclave de vapor modelo EBP 2040M.

Cámara rígida y puerta hermética: Es el recipiente de acero inoxidable donde el agua

se calentará hasta convertirse en vapor. El espacio necesario para introducir los

objetos a ser esterilizados se llama cámara esterilizadora, la cual es capaz de soportar

alta presión. Para evitar escapes entre el recipiente y la puerta cuenta con una junta de

silicón entre ambos y con un mecanismo de cerradura por tornillo.

Calefactores: Son resistencias diseñadas para calentar el agua que ingresa a la cámara

del autoclave. Transformar el agua desmineralizada en vapor saturado, se encarga de

mantener la cámara a una temperatura superior a los 121°C durante el tiempo de

exposición para así lograr la esterilización de los objetos.

Depósito de agua: Es un pequeño tanque de lámina de acero inoxidable colocado

arriba de la cámara con capacidad de hasta 8 litros.

Serpentín: Es una tubería de cobre en forma de espiral con terminación al centro

dentro del depósito, su función es recibir el vapor caliente de la cámara y hacer que

pase a través de todo su con tal intención de que al sentir el frio del agua ubicada aun

en el depósito se condense rápidamente.

Indicador de línea: Es un indicador luminoso que señala la etapa en la que se encuentra

el equipo, si es de color blanco el equipo está disponible para utilizarse, si es amarillo,

significa que está en la etapa de operación y si es rojo indica que el ciclo ha concluido.

Válvula múltiple: Es una válvula manual fabricada por EBP, únicamente para este

equipo, se localiza en la parte lateral de la autoclave. Tiene tres vías y tres posiciones:

cerrada, llenado de agua y secado (ver Figura 3.5). Cada posición cumple una función:

Cerrada: No permite el flujo ni de agua ni vapor hacia ningún sentido.

Posición de llenado: Solo se abre para suministrar el agua necesaria del

depósito hacia la cámara al inicio del proceso de esterilización.

Posición de secado liberación de presión: Se abre para mantener el nivel de

vapor deseado dentro de la cámara, cuando se presenta un aumento de la

presión permitirá el escape de cierta cantidad de vapor. Se opera manualmente

y al ver que la presión aumenta en la cámara se debe colocar es esta posición.

Válvula de drenaje: Es una válvula manual ubicada en la parte trasera de la autoclave, y

tiene como única finalidad eliminar el agua condensada que quede en la cámara al

final de la esterilización. Esta normalmente conectada al drenaje.

Interruptor de encendido y apagado: Éste interruptor que se localiza al centro de la

parte frontal del equipo, que está conectado al circuito electrónico localizado en la

dentro de la autoclave, conecta la alimentación de la unidad a la autoclave. Bajo

condiciones normales de funcionamiento, este interruptor debe estar siempre

encendido. También tiene la función de detener el funcionamiento de la unidad en

casos de emergencia en cualquier momento durante un ciclo.

52

Manómetro análogo: Indica la presión a la cual se encuentra la cámara en todo

momento, este manómetro está colocado de manera directa al interior de la cámara.

Termostato: Es un dispositivo de un sistema de control simple que abre o cierra un

circuito eléctrico en función de una temperatura deseada, consiste en una lámina

metálica para apagar o encender, en este caso, la resistencia eléctrica.

A continuación se muestran las imágenes de la autoclave 2040M con sus

componentes. Ilustraciones 14, 15,16 y 17.

Ilustración 14 Vista frontal.

Soporte de puerta (1).

Indicador de funcionamiento (2).

Termostato/ potenciómetro regulador de temperatura (3).

Interruptor de encendido (4).

Entrada de agua del depósito (5).

Panel de protección (6).

Manómetro lector de presión en cámara (7).

Puerta (8).

Manija para abrir y cerrar puerta (9).

Ilustración 15 Vista interna.

53

Cámara de acero inoxidable sellada (1).

Resistencias eléctricas (2).

Ilustración 16 Vista lateral.

Válvula múltiple (1).

Tubería de entrada de agua (2).

Tubería del manómetro (3).

Conexiones eléctricas a indicador y apagador (4).

Caja de control (5).

Deposito contenedor de agua (6).

Camisa de la cámara (7).

Tubería de entrada de agua a la cámara (8).

Recirculación de vapor condensado y conexión a drenaje (9).

Ilustración 17 Vista trasera.

Válvula de drenaje (1).

Tubería de entrada de agua a la cámara y recirculación de vapor (2).

Alimentación de resistencias eléctricas (3).

Alimentación eléctrica de la autoclave (4).

54

3.2.2 Funcionamiento de autoclave 2040M.

El proceso de una autoclave 2040M con los elementos antes mencionados se compone

principales de tres fases: llenado, exposición y secado.

Fase de llenado: Se abre la válvula múltiple en posición de llenado para dejar caer el

agua a la cámara. A medida que las resistencias calientan el agua del fondo de la

cámara. Poco a poco se va produciendo vapor que desplaza al aire haciéndolo salir por

la válvula múltiple en posición de secado solo por un tiempo determinado, tiempo que

selecciona el operador. Esta fase termina cuando se alcanza la temperatura requerida

y se cierra la válvula manualmente.

Fase de exposición: Una vez alcanzada la temperatura se inicia el proceso de

esterilización, que no es más que el tiempo de exposición del vapor con el material. Se

cierra la válvula múltiple manualmente para que no exista el flujo de agua ni vapor.

Aquí las resistencias se activan solo cuando el valor de la temperatura está por debajo

del valor permitido ±2°C.

Fase de secado: Terminado el tiempo de exposición, deja de funcionar la resistencia

calefactora, con lo que deja de producirse vapor, la presión y temperatura de la

cámara empiezan a bajar poco a poco hasta alcanzar las condiciones para poder retirar

el material. Se coloca la válvula múltiple en posición de secado para liberar el vapor al

depósito.

3.2.3 Proceso de esterilización del modelo EBP 2040M.

Ya conociendo los elementos que compone la autoclave 2040M, es necesario describir

cuales son los pasos que se deben seguir para lograr la esterilización adecuada, así

como algunas condiciones previas que no se deben olvidar. Recordemos que el equipo

se opera de forma manual en algunos pasos.

La autoclave se debe colocar en el lugar de trabajo seguro, donde no se pueda caer,

debe contar con una conexión a drenaje y el suministro eléctrico este cerca. Antes de

comenzar, se debe verificar que la cantidad necesaria de agua desmineralizada se

encuentra en el depósito. Se introduce el material a esterilizar este dentro de la

cámara, se cierra la puerta y con la manija se sella herméticamente.

Para iniciar la operación se activa el termostato para dar inicio al ciclo, en el color del

indicador se visualizara en la etapa que se encuentre el equipo. Ya activado el

termostato se abre la válvula múltiple manualmente en posición de llenado durante un

tiempo determinado por el operador, que permite la admisión de agua del depósito

(por su propio peso) hacia la cámara a través de una tubería. Hecho esto la válvula

múltiple debe cerrase.

Después de activar el termostato, se energizan las resistencias térmicas para calentar

el agua y generar el vapor gradualmente; esto ocurre mientras el agua desciende hasta

55

que la válvula múltiple quede cerrada, pero las resistencias siempre permanecerán

encendidas.

Al tener vapor en la cámara, se debe llegar a las condiciones de 132°C para iniciar el

tiempo de esterilización, esto se logra con la generación continua de vapor por la

resistencia. Cuando se llega a una temperatura de 90°C el agua comienza a hervir (la

temperatura de ebullición del agua depende de la altura sobre el nivel del mar),

empieza a formarse vapor saturado (95% de vapor y 5% de condensado), mientras se

comienza a llenar la cámara con vapor, la válvula múltiple se abre en posición de

secado dejando que el aire caliente dentro de la cámara se desplace hacia el depósito

paulatinamente, por el empuje del vapor generado(éste se va condensado por medio

del serpentín para recuperar el agua), de éste modo se llega a desalojar hasta un 25%

del aire interior. A medida que aumenta el vapor va formado parte del aire que es

expulsado. Esto se realiza a1.5 atm (1200 mmHg) de presión aproximadamente.

Una vez que toda el agua se ha evaporado y se ha drenado el aire, entonces comienza

a incrementarse la temperatura en la cámara. Al elevarse la temperatura la presión

comenzará a subir proporcionalmente. Cuando la temperatura alcanza los 132°C, la

cámara se encuentra completamente llena de vapor. Aquí las resistencias comienzan a

disminuir su emisión para mantener la presión y la temperatura constantes y llevar a

cabo la esterilización.

Para la fase de exposición es necesario que se alcancen los valores de presión y

temperatura deseada y se mantengan así de 15 a 20 minutos dependiendo el material

y el operador. Una vez completado el tiempo de exposición, se apaga la resistencia

(dejando de calentarse), y como también existirá una presión mucho mayor dentro del

autoclave que en el depósito, es necesario que se mueva la válvula múltiple a la otra

dirección (posición de secado), y así permitirá que el vapor fluya rápidamente por la

tubería hacia el depósito y así disminuir la presión y la temperatura de la cámara, el

vapor que viaja por el serpentín es condensado y así se reutiliza para el siguiente ciclo

evitando el desperdicio de agua desmineralizada.

La colocación de la válvula múltiple en posición de secado tiene las opciones de

liberación del vapor de acuerdo a las necesidades:

Lentamente si se trata de líquidos para evitar una descompresión rápida.

Rápidamente si se trata de otras cargas.

Después se espera un tiempo a que disminuya la temperatura del material y que la

presión interna se iguale a la atmosférica (aproximadamente). No es recomendable

precipitarse y abrir la puerta para retirar utensilios, ya que los materiales están todavía

muy calientes y además favorecemos las condensaciones indeseables. Se podrá abrir la

puerta de la autoclave después de tomar las medidas de seguridad necesarias y así

retirar el material ya esterilizado.

56

3.3 Propuesta de componentes.

Como el prototipo de autoclave híbrida a desarrollar implementará los procesos vapor

y óxido de etileno, es necesario el cambio y adición de diferentes componentes de la

autoclave modelo 2040M para lograr un buen desempeño en cada método.

Para la propuesta de la autoclave híbrida, se eliminarán componentes como la válvula

múltiple, el termostato, piloto de línea (indicador luminoso), el manómetro y el control

eléctrico actual; se modificaran el panel de protección (lamina de acero) por una

nueva, la manija de la puerta y las tuberías de conexión; se agregarán una válvula de

alivio de presión, tres válvulas solenoides, un pistón neumático, una adaptación de

línea de aire directo con filtro y lubricador, una fuente de alimentación de 24 Volts

para los dispositivos y lo más importante que dará al equipo mayor confiabilidad de

operación un PLC y una HMI. Todo esto con la finalidad de manipular las variables de

presión y temperatura para los métodos de esterilización de vapor y óxido de etileno

con mayor seguridad. Para el funcionamiento correcto de la autoclave hibrida se

requiere un suministro eléctrico cercano de 120 Volts, un suministro de aire que oscila

entre 55-99 psi y una conexión al drenaje cerca.

3.4 Diseño conceptual de la autoclave híbrida. Para la semiautomatización de la autoclave se realizó una investigación para realizar

mejoras al proceso de esterilización de vapor por pre-vacío, así como la agregarle al

equipo el proceso del gas óxido de etileno. Se buscaron los nuevos componentes en el

mercado para realizar el prototipo con características de operación de acuerdo un

diseño conceptual. Esta tarea dio como resultado, después de varias propuestas

previas y trabajo de investigación de las operaciones de las autoclaves el diseño

conceptual final para el prototipo Ilustración 18.

Para el proceso de vapor solo se le agregarán dos válvulas solenoides al depósito de

agua, una de ellas será para suministrar el agua a la cámara y la otra para liberar el

vapor generado durante y después de la esterilización, y se utilizará la válvula de

aireación para enfriar la carga de la cámara más rápido.

Para el proceso del óxido de etileno, en la autoclave híbrida se han combinado la

esterilización y la aireación de tal manera que no se necesite transferir materiales de la

unidad de esterilización a la unidad de aireación. La cámara contendrá un espacio para

colocar las ampolletas de óxido de etileno puro, para suministrar el gas a la carga. Para

romper dicha ampolleta se agrega al equipo un pistón neumático que se será activado

automáticamente por el accionamiento de una válvula 5/2 que recibirá una señal del

PLC y con ello liberará el gas dentro de la cámara.

Debido a la inflamabilidad que posee el óxido de etileno el proceso entero se realiza a

presión negativa, es por ello que se colocara un eyector Venturi para generar una

succión de aire así tener presión negativa. Al final del tiempo de exposición, se provoca

un vacío final para remover el exceso de óxido de etileno (aireación) y la cámara es

ventilada por flujos de aire a una ligera presión negativa hasta que el ciclo es

terminado. La aireación es efectuada por el eyector Venturi y la válvula de aireación

(válvula que se utiliza para ambos métodos).

57

1

9

DRENAJE

16 171514

11

3

2

10 18

7

6

8

19

5

20

12

13

SUMINISTRO DE

AIRE

21

Ilustración 18 Diseño Conceptual.

Componentes que integran la Autoclave Híbrida1:

1. Cámara de autoclave.

2. Puerta manual.

3. Pistón neumático.

4. Válvula de pistón 5/2.

5. Válvula solenoide para aireación.

6. Unidad de servicio de aire.

7. Línea de aire.

8. Eyector Venturi.

9. Válvula de seguridad.

10. Resistencia térmica de 800w.

11. Depósito de agua.

12. Válvula solenoide para llenado.

13. Válvula solenoide para secado

14. Sensor de presión.

15. Sensor de temperatura.

16. PLC.

17. HMI.

18. Contacto de seguridad.

19. Sostén de ampolleta.

20. Serpentín.

21. Fuente de alimentación 24 V.

1 Para observar la conexión eléctrica de los elementos ver Ilustración 54, pág. 107.

58

3.5 Selección de los nuevos componentes para la autoclave híbrida.

3.5.1 Pistón neumáticos.

Los pistones neumáticos también conocidos como cilindros de aire, son dispositivos

mecánicos los cuales producen un movimiento rectilíneo de un vástago por el

accionamiento o inyección de gas comprimido (normalmente aire) por su extremo, al

dejar entrar el aire el vástago se desplazará hacia afuera, para regresar a su forma

inicial Normalmente Cerrado (NC), se deja de suministrar el aire, para que con ayuda

del muelle el vástago se retraiga [39].

El pistón será utilizado para romper de forma automática la ampolleta de cristal de

óxido de etileno, que se encuentra en el sostén mecánico dentro de la cámara de la

autoclave. El pistón se mueve por el accionamiento de la válvula (válvula 5/2) que

manda el PLC. Con ellos desplazará el vástago y con la punta romperá la ampolleta de

cristal por el impacto, y una vez que se deje de accionar la válvula, el muelle regresará

de manera inmediata el vástago a su posición inicial.

El pistón se colocará en la esquina inferior izquierda de manera que el cilindro quede

colocado horizontalmente y cerca de la puerta de la cámara. Solo el vástago del pistón

entrará y saldrá de la cámara de la autoclave. Estará atornillando la parte del pistón

con ayuda de una cúpula prefabricada que se colocará dentro de la cámara, además

será necesario colocarle alguna junta termorresistente para evitar cualquier fuga

posible.

Por seguridad el pistón debe ser capaz de soportar la temperatura máxima de trabajo

de la autoclave que es 132 °C y la humedad, aunque el pistón no está en contacto

directo con la cámara. Debe ser compacto para que el equipo no pierda espacio. El

pistón debe funcionar con aire comprimido seco y filtrado, de preferencia el material

debe ser de acero inoxidable, rango de presión de 0 a 10 bares, el diámetro del

vástago debe ser de 32 mm. En la Tabla 14 se muestra la comparativa de tres pistones,

de los cuales se observan sus características para elegir a uno que será el utilizado en

la autoclave híbrida.

59

Tabla 14 Comparativa de pistones.

1.

Pistón Neumático Parker

P1D-L.

FABRICANTE: PARKER

HANNIFIN

CORPORATION

PNEUMATIC DIVISION.

2.

Pistones Serie LM

Neumáticos

FABRICANTE:

CONTROLADORES

INDUSTRIALES S.A DE C.V.

3.

PistónNeumáticoSerieCP96.

FABRICANTE: SMC, MANUFACTURING

PNEUMATICS WORLDWIDE

Características: 1. Aire comprimido

seco y filtrado. 2. Temperatura -20 °C a

+80 °C. 3. Presión 4 - 10 atm. 4. 1-1/2" de diámetro. 5. Muelle de acero

inoxidable, cuerpo de Aluminio anodizado negro.

6. Todos los estilos de montaje NFPA, diámetros de pistón y tamaños de rosca disponibles.

Características: 1. Aire comprimido seco. 2. Temperatura 20 °C a 80

°C. 3. Presión necesaria 17 atm,

uso ligero. 4. 1-1/2" a 24" de diámetro. 5. Material de Aluminio,

pre-lubricados. 6. Todos los estilos de

montaje NFPA (Asociación Nacional de Protección contra Incendios), diámetros de vástago y tamaños de rosca disponibles.

Características:

1. Aire comprimido seco y filtrado.

2. Temperaturas -10°C a +150 °C.

3. Presión 3 -12 atm. 4. Montaje 1-1/2" de

diámetro. 5. Piezas de acero

inoxidable para que el cilindro pueda usarse en áreas expuestas a la oxidación o corrosión.

6. Protección frente al polvo, la arena y las partículas.

7. 30 modelos disponibles para el extremo del vástago.

El pistón seleccionado es del fabricante SMS, Pistón Neumático Serie CP96 ya que

cumple con todas las características necesarias, es compacto, resiste la temperatura

requerida, es de acero inoxidable, trabaja con aire filtrado y tiene protección contra el

polvo.

60

3.5.2 Unidad de servicio o tratamiento de aire (Filtro, Regulador,

Lubricador).

Las unidades de servicio, de tratamiento de aire o también llamada de mantenimiento,

son parte fundamental para el correcto funcionamiento de los sistemas neumáticos

que consta de tres partes:

Filtro: Es un dispositivo mecánico en cuya parte superior se instala una placa deflectora

que provoca el centrifugado del aire y tiene la misión de extraer y retener del aire

circulante todas las impurezas, las partículas sólidas, óxidos y gotas de humedad

contenidas en él, y esto se logra al chocar las partículas contra las paredes del

recipiente, cayendo al fondo y purgándolas para garantizar el adecuado

funcionamiento del sistema y la durabilidad de las piezas [40] Ilustración 19.

Ilustración 19 Filtro de aire.

Regulador: Su función es mantener constante la presión de trabajo,

independientemente de las oscilaciones de la presión en la red sin importar el

consumo de aire.

Lubricador: Tiene la función de lubricar de modo suficiente a todos los elementos

neumáticos. El aceite es aspirado del depósito y el aire a presión se encarga de difundir

la niebla lubricante a lo largo de las tuberías [41]. El mejor sistema para lubricar una

instalación neumática cosiste en introducir el aceite nebulizado en el propio aire

comprimido, pues éste llega a todos los puntos de la instalación, siendo el transporte

ideal para el aceite de lubricación.

El camino del aire primero pasa a través de la tubería a la entrada del filtro directo al

recipiente, el aire tiene que pase por las ranuras directrices, como consecuencia se

somete a un movimiento de rotación, los componentes líquidos y las partículas

grandes de suciedad se desprenden por el efecto de la fuerza centrífuga y se acumulan

en la parte inferior del recipiente, permitiendo al resto del aire salir por el otro

extremo del filtro ya limpio. El aire que entra en el regulador y este presuriza la

campana a través del orificio, el aire pasa a través de una válvula oscilante del

lubricador que produce una ligera caída de presión, que a través de un orificio se

transmite a la cúpula mirilla donde está alojado el tubo de goteo. Debido a la

61

diferencia de tensión entre la campana y la cúpula mirilla, el aceite es aspirado a través

del tubo de alimentación, pasando por la válvula de retención a la cámara dosificadora

y al tubo de goteo. De aquí a través de la válvula oscilante el aceite es introducido

atomizado en el flujo de aire Ilustración 20.

Ilustración 20 Unidad de servicio GC AirTAC.

En los procesos de automatización neumática se tienden a miniaturizar los elementos

por lo que los filtros son fabricarlos diferentes materiales y deben tener drenajes

accionados manualmente, semiautomáticamente o automáticamente [42]. Los

depósitos deben construirse de material irrompible y transparente. En los filtros se

desea conseguir un mayor grado de pureza en el aire y mayor tiempo de vida de los

mismos. Los filtros se caracterizan por el diámetro de las conexiones de entrada y el

tamaño del elemento filtrable.

La durabilidad y seguridad de su funcionamiento dependen del acondicionamiento de

la suciedad del aire (óxidos, polvo etc.), las partículas líquidas contenidas en el aire,

causan deterioros, provocando desgastes exagerados y prematuros en las superficies

de ejes, vástagos, juntas, etc., reduciendo el tiempo de vida de los distintos elementos

de la instalación. Las conexiones y desconexiones de la alimentación del aire generan

oscilaciones en la presión, que impiden un funcionamiento estable de los filtros.

El equipo seleccionado es el filtro regulador y lubricador serie GC de AirTAC, debido a

que no presenta problemas en los requerimientos solicitados, separa el líquido del gas

y se adecua con la línea de aire solicitada posteriormente, sus características este son:

Mecanismo que previene el movimiento anormal de la presión.

Presión de trabajo de 1,5 a 4atmosferas.

Vaso es transparente con protector metálico.

Grado de filtración comprende mayores de 5µm.

La temperatura es 5°C a 50°C soportada por el vaso protector.

Rocas en NTP en manómetros con rosca G 1/8" o G 1/4".

Tiene dren manual, semiautomático y automático.

Caudal de 170 a 5.3 l/min.

62

3.5.3 Interruptor de límite.

Un interruptor de límite o limit switch o final de carrera, es un dispositivo de control

electromecánico que opera mecánicamente, convierte la posición de elementos

móviles de alguna maquinaria u otro dispositivo mecánico, en una señal de control

eléctrico, sirven para detectar la posición de algún mecanismo o pieza. Su función

principal es limitar el movimiento en la maquinaria o equipo asociado, cuando este

elemento detecta, los contactos mandan la señal al sistema para que este haga lo que

tiene programado [43]. El uso de este componente será como medio de seguridad

para la puerta, ya que indicará al PLC si la puerta se encuentra abierta o cerrada, si está

abierta no podrá ejecutar ningún ciclo de esterilización, pero cuando esté cerrada la

puerta dará aviso al PLC y se podrá activar cualquier ciclo de la autoclave. En la Tabla

15 se muestra la comparativa de interruptores.

Tabla 15 Comparativa de los interruptores de límite.

1.

FABRICANTE CNTD,

MODELO TZ-8112.

2.

FABRICANTE EATON,

MODELO E47 PRECISIÓN

3.

FABRICANTE ABB, MODELO

LS20P.

Resistente, versátil,

delgado, rentable y

compacto.

Cuerpo de plástico y

metal.

Posicionamiento On-

Off.

Señal de 24V DC al

estar cerrado.

Capacidad operativa de

220 V, 0.3A.

Construcción sellada

con NEMA 4, 6 y 13.

Aplicaciones en

integridad de sellados.

Carcasas compactas para

uso limitado de espacio.

Posicionamiento On-Off.

Uso en espacios

restringidos.

Capacidad operativa hasta

20A.

Montaje 1”, el tamaño de

tornillo #8.

Aplicaciones para

integridad de sellados,

diseñado para proteger

personas o procesos.

Presentación básica o con

carcasa robusta de metal.

Maniobra de apertura

positiva contactos

normalmente cerrados (NC).

Cuerpo de termoplástico

reforzado con fibra de vidrio

y con base sellada con resina.

Posicionamiento On-Off,

contabilización y paso de

objetos.

Señal analógicas de 0-10 VDC

o 4-20 mA.

Pueden ser girados 90

grados.

Puntos de operación

programables.

63

Se elige el modelo TZ-8112 de la marca CNTD, ya que es confiable, compacto además

de su posicionamiento On-Off brinda una señal de 0 volts cuando está detectando y 24

volts cuando no.

3.5.4 Válvula de seguridad.

Válvulas de seguridad, están diseñadas para liberar un fluido cuando la presión interna

de un sistema que lo contiene supera el límite preestablecido (presión límite, presión

de tarado o de disparo). Su tarea es evitar una explosión por el fallo de un equipo o

tubería por un exceso de presión. Las válvulas de seguridad se pueden encontrar en

instalaciones industriales, comerciales y domésticas [44]. En general son obligatorias

en las instalaciones en las que circulen o se mantengan fluidos sometidos a cambios de

presión y/o temperatura Ilustración 21.

Ilustración 21 Válvula de alivio.

Es muy importante que la liberación del fluido se haga hacia el exterior, en un lugar

visible, puesto que habitualmente la fuga indica un fallo del sistema normal de

regulación, y de este modo el operador puede saber que hay un problema y que debe

tomar medidas para corregirlo. Sin embargo, en la industria no todas las válvulas

deben liberar el fluido al exterior. En el caso de gases o líquidos peligrosos la liberación

debe hacerse hacia contenedores especiales, depende del fluido que utiliza el proceso

y del área de descarga.

Debido a que el equipo trabaja con dos fluidos, y presenta variaciones de presión y de

temperatura en el proceso, la AAMI y la NOM-020-STPS-2002 por normatividad exige

la instalación de una válvula de seguridad. En caso de que exista alguna falla en el

sistema, como por ejemplo que la presión de la cámara aumente precipitadamente y

supera el valor máximo permitido, es necesario evitar que la autoclave, el personal o el

material a esterilizar sufra cualquier anomalía, por lo que esta válvula permite la

liberación del fluido de la cámara cuando se rebase dicha presión de seguridad

predefinida o también llamada de disparo.

La válvula debe brindar servicio al vapor, debe soportar una temperatura superior a

150°C y resistir una sobrepresión generada mayor de los 1.5 atmosferas (1140 mmHg)

y una presión negativa de -0.868 atmosferas (-660 mmHg), su conexión debe ser

64

roscada para una tubería de 6mm además de ser segura y confiable, el material de la

válvula puede ser de acero inoxidable, bronce o latón.

Se selecciona la válvula serie RL3 de Swagelok por sus características como la conexión

de 6mm y su funcionamiento de apertura proporcional que se abren gradualmente a

medida que la presión aumenta. Estas válvulas se abren cuando la presión del sistema

llega a la presión de disparo y se cierran cuando la presión del sistema desciende por

debajo de la presión de disparo. En la Tabla 16 se muestra la comparativa realizada de

las 3 válvulas.

Tabla 16 Comparativa de válvulas de alivio.

1.

Válvula de seguridad

EXCELON®72

FABRICANTE NORGREN.

2.

Válvulas serie RL3

FABRICANTE SWAGELOK

3.

Válvula tipo argolla VAR06.

FABRICANTE SATEÑA S.A DE C.V.

Características: 1. Servicio de Aire

comprimido. 2. Temperatura -20°C a

65°C. 3. Conexiones: 1/4" NPT,

1/4" ISO cónica, 1/4" ISO cilíndrica.

4. Cuerpo: Zinc, resina acetálica, latón, neopreno.

5. Presiones de disparo de 2 a 120 atm. Presiones de servicio hasta 30-50 atm.

6. Descarga directa a la atmosfera.

7. El aire suministrado debe estar seco para evitar la formación de hielo.

Características: 1. Servicio de líquidos o

gases. 2. Temperatura 20 °C a

150 °C 3. Conexiones finales de

6, 8 y 12 mm y de 1/4 y 1/2 pulgada.

4. Cuerpo de accesorias de acero inoxidable.

5. Presiones de disparo de 0,68 a 400 atm. (regulable), y de servicio hasta 20 atm.

6. Descarga directa a la atmosfera o con conexión a tubería.

7. Válvulas de alivio de presión proporcional.

Características: 1. Servicio para aire o

gases en general. 2. Temperatura

máxima de operación 208°C.

3. Conexión 1/4" NPT. 4. Fabricada de

Bronce. 5. Presión máxima de

operación 23 atm. 6. Descarga Directa a

la atmosfera. 7. Susceptibles a

daños internos generados por suciedad en el equipo

65

3.5.5 Generador de vacío o eyector Venturi.

El efecto Venturi (conocido como tubo Venturi o generador de vacío Venturi) consiste

en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado (tubería), disminuye

su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor.

Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se producirá

una aspiración del fluido que va a pasar al segundo conducto, logrando crear un vacío

cuando es succionado en su totalidad dicho fluido. Este efecto, demostrado en 1797,

por el físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822) [45].

El aire comprimido entra a través de A en el eyector y fluye por la tobera B.

Inmediatamente detrás de la tobera difusora se produce una depresión (vacío) que

hace que el aire se vea aspirado a través de la conexión de vacío D. El aire aspirado y el

aire comprimido salen juntos a través del silenciador C Ilustración 22.

Ilustración 22 Generador de vacío Venturi.

El equipo Venturi además de encargarse de generar el vacío para llegar a la presión

negativa en los ciclos del óxido de etileno en cámara, también es el responsable, con la

ayuda de una válvula solenoide de la aireación del flujo dentro de la cámara, acción

que acelera proceso de secado en vapor y el proceso de aireación en el óxido de

etileno.

El dispositivo debe ser pequeño, con accionamiento fácil y eléctrico, soportar una

temperatura máxima de 150°C, así como soluciones tóxicas, debido a que el eyector

succionará vapor y óxido de etileno. El eyector debe de contar con una válvula de

accionamiento automática internamente y tener una fácil instalación en caso de

requerir cambiar el equipo. En la Tabla 17 se muestran los eyectores Venturi para ver

las características de cada modelo y hacer la selección apropiada.

El equipo seleccionado es el eyector de CAMOZZI de la serie VEC que cumple con las

características, cuenta con la opción de una válvula interna para la extracción del

fluido, posee un sistema de comunicación y accionamiento capaz de conectarse

directamente al controlador para su manipulación.

66

Tabla 17 Comparativa de eyectores Venturi.

1.

Eyectores compactos

Serie VEC.

FABRICANTE CAMOZZI

2.

Eyectores compactos

X-PumpSXPi

FABRICANTE SCHMALZ

3.

Eyector compacto,

Serie ECS.

FABRICANTE REXROTH

PNEUMATICS

Características: 1. Temperatura de 0°C a

+160°C.

2. Presión de 3 a 4 atm.

3. Tensión de 24 V DC.

4. Fluido Aire

comprimido, vapor y

algunos gases con

humedad.

5. Capacidad de

aspiración hasta 150

l/min Máx.

6. Cuerpo en aluminio

anodizado.

7. Generador de vacío

con válvulas de

succión, silenciador y

sistema de monitoreo

y regulación

integrados.

8. Posibilidad de manejar

succión y expulsión

individualmente sin

usar válvulas externas.

9. Succión en NA, y en

NC no hay succión.

Características:

1. Temperatura de 0°C

a +100°C.

2. Presión de2 a 6 atm.

3. Tensión de 24 V DC,

con regulador de

tensión integrada.

4. Fluido Aire

comprimido.

5. Capacidad de

aspiración hasta 220

l/min Máx.

6. Cuerpo de aluminio

anodizado.

7. Función de ahorro de

aire integrada.

8. Funciones de

monitorización

integrada (opcional).

9. Sistema automático de aire (opcional) para reducción de costos de operación.

Características:

1. Temperatura de 0°C a

+60°C.

2. Presión de 3 a 6 atm.

3. Tensión de 24 V DC,

tolerancia - 5% /

+10%.

4. Fluido Aire

comprimido.

5. Capacidad de

aspiración hasta 130

l/min Max.

6. Cuerpo aluminio

anodizado.

7. Silenciadores

polietileno integrado.

8. El punto de

condensación de

presión s mínimo 15 °C

y debe ser como

máximo de 3 °C.

9. El contenido de aceite

debe permanecer

durante toda la vida

útil.

67

3.5.6 Válvulas solenoides.

Las válvulas de solenoide o también conocidas como electroválvulas son unidades de

control, que cuando se energizan o des energizan por alguna señal eléctrica, cortan o

permiten el paso de un fluido, siendo válvulas On-Off, se utilizan cuando es necesario

controlar fluidos automáticamente, se usan en diferentes tipos de plantas y equipos

[46]. Estas válvulas cuentan con dos puertos de conexión, quiere decir que solo existe

una trayectoria que permite la entrada y salida de un flujo Ilustración 23.

Ilustración 23 Válvulas solenoide.

El actuador trabaja con un accionamiento electromecánico y cuando se aplica energía

una armadura pivota contra la acción de un resorte desplazando así el actuador, y al

desaparecer la energía vuelve a su posición original. La variedad de sus diseños

permite que estén disponibles para cada aplicación en cuestión. En las válvulas On-Off

de acuerdo al modo de actuación existen las normalmente cerradas (NC) y las

normalmente abiertas (NA).

Todos los materiales que se usan en la construcción de las válvulas se seleccionan

cuidadosamente de acuerdo al tipo de aplicación. El material del cuerpo, del sello y del

solenoide se elige para optimizar la fiabilidad funcional, compatibilidad del fluido, vida

útil y costes. Como para este caso serán utilizando para vapor y óxido de etileno el

material puede ser bronce o acero inoxidable.

Dichas válvulas deben de soportar una temperatura máxima de 140°C, el actuador

debe de soportar presión tanto positiva como negativa, también se busca que el óxido

de etileno y el vapor que pasan a través de esta válvula no la dañen, y su conexión

debe ser 1/4" NTP. Para la autoclave se utilizaran 3 válvulas solenoides, un para el

llenado de agua de cámara, otra para el tiempo de secado en vapor y la última para la

aireación de la cámara utilizada en ambos ciclos de esterilización. En la Tabla 18 se

muestra la comparativa de las válvulas solenoides pre seleccionadas.

68

Tabla 18 Comparativa de válvulas solenoides.

1.

B2CDF

FABRICANTE: TUNING

2.

ODE 21

FABRICANTE: ALTEC

3.

SERIE SD-AR

FABRICANTE: ADCCOM

Características:

1. Válvula solenoide

2/2 NC de mando

directo.

2. Cuerpo en Latón,

piezas internas en

acero inoxidable.

3. Rosca tipo NTP en

1/8" a 1/4".

4. Temperatura: -10°C

a 140°C.

5. Tensión 24 VDC.

6. Presión de 0 a 6 atm.

Características:

1. Válvula solenoide en

acción directa, 2/2

vías, NC o NA.

2. Material cobre.

3. Rosca tipo NTP en 1/8"

a 1/4".

4. Temperatura: -10°C a

90°C.

5. Tensión de 24 VCD.

6. Bobina estándar de 8

W.

7. Presión mínima 0atm.

Características:

1. Válvula solenoide

para usos generales

2/2 vías, NC.

2. Cuerpo de latón,

vástago en acero

inoxidable.

3. Rosca tipo NTP en

1/8" a 3/8".

4. Temperatura: -10°C a

90°C.

5. Tensión 24 VDC.

6. Presión de 0 a 7 atm.

El componente que mejor se adecua al proceso es la válvula B2CDF de la marca

TUNING con un diámetro de conexión de ¼’’, es tipo 2/2 NC (normalmente cerrada) y

es capaz de soportar hasta 140°C y la señal que requiere para ser activada es de 24

Volts.

3.5.7 Válvula direccional de 5 vías / 2 posiciones.

Las válvulas de control direccional (o válvulas de vías) son las que controlan los

actuadores (por ejemplo un pistón), dirigiendo su funcionamiento en una dirección u

otra, permitiendo o bloqueando el paso de un fluido en el caso de las hidráulicas o aire

para el caso de las neumáticas desde un tanque o una línea de admisión. Su simbología

está formada por dos números, el primer número señala el número de vías que indica

el número de conexiones que tiene la válvula, seguido del número de posiciones, que

son las distintas direcciones que tiene la válvula; estas posiciones están representadas

en los esquemas neumáticos o hidráulicos por cuadrados que en su interior muestran

las uniones que realizan internamente la válvula con las vías y la dirección de

69

circulación del líquido o aire, o en el caso de una vía que no tiene unión con otra vía se

llama línea bloqueada [47]; Ilustración 24.

Ilustración 24 Simbología de la válvula 5/2.

La señal de su accionamiento es de origen a eléctrica, excitando a un solenoide que

por acción magnética provoca el accionamiento de un núcleo móvil interno que

habilita o no el pase de fluido. La válvula utilizada para la autoclave híbrida es 5/2,

éstas poseen cinco orificios de conexión y dos posiciones de mando. Esto brinda la

posibilidad, entre otras cosas, de controlar la velocidad de avance y retroceso de un

cilindro en forma independiente. En la Tabla 19 se muestra la comparativa de las

válvulas bidireccionales.

Tabla 19 Comparativa de las válvulas 5/2.

1.

Electro válvula Serie TC08

REXROTH

2.

Válvula normalizada

VSVA/VSPA

3.

Válvula modelo 4V210-

08 AIRTAC

Características:

Medio: aire lubricado o

no lubricado.

Tensión 12, 24V CD,

110V, 220V CA.

Temperaturas 0 °C a 50

°C.

Caudal 300-1000 l/min.

Puertos de 1/8'' y 1/4''.

Presión: 1 – 12atm.

Protección IP 65.

Características:

Medio: aire

únicamente.

Tensión 12, 24 V CD;

24, 110, 230 V CA.

Temperatura 5 °C a 50

°C.

Caudal 600-1400 l/min.

Puertos de 1/8'' y 1/4''.

Presión: 2 – 8atm.

Características:

Medio: aire lubricado o

no lubricado.

Tensión 12, 24 V CD;

110, 220 V CA.

Temperatura 5-50 °C.

Caudal 500-1000 l/min.

Puertos de

1/8'',1/4'',3/8'' y 1/2''.

Presión: 0- 10 bares.

Protección IP 65.

70

La válvula seleccionada es la AirTAC4V210-08, ya que posee la medida de los puertos

compatibles con el pistón y con la unidad de mantenimiento, la señal de

accionamiento es de 24 volts, trabaja con aire lubricado y tiene protección IP 65 (El

primer dígito “6” indica resistencia al polvo, significa que penetra al equipo pero no

tendrá efecto dañino en él. El segundo dígito “5” describe el nivel de protección contra

líquidos. El agua que salpique no tendrá efecto nocivo alguno.

3.5.8 Sensor de temperatura, RTD.

Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en cambios en señales eléctricas que son procesados por equipo eléctrico o electrónico. Existen tres tipos de sensores de temperatura, los termistores, los RTD’s y los termopares. El sensor de temperatura, típicamente suele estar formado por el elemento sensor, de cualquiera de los tipos anteriores y la vaina que lo envuelve rellena de un material conductor que transmiten los cambios de temperatura rápidamente al equipo electrónico [48].

Un RTD (Resistance Temperature Detector; detector de temperatura resistivo) es un sensor de temperatura basado en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. Los metales empleados como RTD son el platino, el cobre, el níquel y el molibdeno. De entre los anteriores, los sensores de platino son los más comunes por tener mejor linealidad, más rapidez y mayor margen de temperatura [49].

Para la autoclave híbrida, es necesario tener un sensor de temperatura que pueda

tomar una lectura dentro de un rango de 0°C hasta los 150°C, laNOM-020-STPS-

2002nos indican que los sensores deben de tener una precisión de +-2°C y la lectura de

datos debe de realizarse en tiempo real, debe de ser un sensor tipo electrónico ya que

debe de conectarse a nuestro controlador.

El Pt100 es un RTD el cual consiste de un alambre de platino que a una temperatura de 0 °C tiene una resistencia de 100 Ohms, la cual al aumentar la temperatura aumentará también la resistencia eléctrica. Una observación importante de este sensor es que la resistencia no es lineal con respecto a la temperatura, pero si es creciente y es posible encontrar la temperatura exacta a través de tablas Ilustración 25 [50].

Ilustración 25 Gráfica del Pt100.

Existen 3 modos de conexión para el Pt100, cada uno requiere un lector distinto, los modos de conexión buscan la resistencia eléctrica “R(t)” del elemento sensor sin que influya en la lectura de la resistencia de los cables con los que se hace la conexión. Se

71

usara el modo de conexión 2, la cual se realiza con 3 hilos y resuelve bastante bien el problema de error generado por los cables (Ilustración 26). El único requisito de esta forma de conexión es que los cables tengan la misma resistencia eléctrica.

Ilustración 26 Conexión modo 2 del Pt100.

Su funcionamiento: se hace pasar una corriente eléctrica conocida a través de los cables azul (Rc1) y verde (Rc2) con lo cual nuestro instrumento mide 2Rc, luego se mide la resistencia por los cable café (Rc3) y azul para finalmente restarle 2Rc al valor medido y obtener R(t), la cual es la resistencia del Pt100 (Ilustración 27).

Ilustración 27 Sensor de temperatura Pt100.

Una de las razones por las que se eligió usar el Pt100 es porque no son tan rígidos como una termocupla (mecánicamente), funciona a temperaturas de -100 °C a 200 °C, su precisión es mucho mejor (puede entregar lecturas de décimas de grado), no se descompone gradualmente haciendo que de lecturas erróneas, se abre y manda aviso de fallo, es sencillo, de forma compacta y que se puede conectar con el PLC (cobre convencional), y tiene hasta 30 metros de conexión del medidor. Trabaja con una señal analógica de 0 a 10 V.

3.5.9 Sensor de presión.

Un sensor de presión suele estar basado en la deformación de un elemento elástico

cuyo movimiento es detectado por un transductor que convierte los pequeños

desplazamientos en señales eléctricas de tipo analógicas, para posteriormente obtener

salidas digitales acondicionando la señal. Se clasifican en mecánicos, neumáticos,

electromecánicos y electrónicos. Pueden efectuar medidas depresión relativa o

diferencial (midiendo diferencia de presión entre dos puntos) y depresión absoluta

(respecto a una referencia). Generalmente vienen con visualizadores e indicadores de

funcionamiento [51].

72

El manejo adecuado de la variable de presión en los procesos industriales da

condiciones de operación seguras. Cualquier recipiente o tubería posee cierta presión

máxima de operación y de seguridad de acuerdo con el material y la construcción. Las

presiones excesivas no solo pueden provocar la destrucción del equipo, si no también

puede provocar la destrucción del equipo adyacente y ponen al personal en

situaciones peligrosas, cuando están implícitos fluidos inflamables, tóxicos o

corrosivos.

Para la autoclave es necesario un sensor de presión electrónico compatible con el PLC,

para que al provocar alguna variación en la tensión o en la corriente suministrada sea

posible determinar la presión dentro en la cámara. Se deben de cumplir por

normatividad que el sensor sea capaz de tomar una lectura aproximada de -1 a 3

atmosferas (760 mmHg a 2280 mmHg), debe de ser capaz de soportar la temperatura

máxima de trabajo 140°C y de tomar lecturas en ambientes húmedos. Se seleccionó el

sensor de la marca Dwyer serie MDPC ya que es el que cumple con los requerimientos

(Ilustración 28).

Ilustración 28 El sensor de presión MDPC Dwyer.

Servicio: Gas no corrosivo, con conexiones de proceso: NPT de 1/8".

Materiales: Policarbonato, tereftalato de polibutileno, es delgado, pequeño y liviano. Es altamente estable y resistente a golpes y vibraciones. Buena capacidad de sobrecarga.

Temperatura de operación: -40°C a 130°C.

Límites de presión: 2 atm (200 kPa 29 psi). Tiene 6 unidades de presión elegibles (inHg, psi, kPa, mmHg, kg/cm² y bar) con conversión de unidades. Exactitud de ±3% del rango completo. Capacidad detectar presión positiva y negativa.

Requisitos eléctricos: 12 a 24 VCD ±10% sin aislaciones. Consumo de energía: 40 mA máximo; tipo de salida de corriente 60 mA máximo.

Salida analógica: De 1 a 5 V o 4 a 20 mA. Tiempo de respuesta 50ms, 100ms, 250ms o 500ms.

Pantalla: Pantalla LCD de 2 líneas, 4 dígitos para valor de medición.

73

3.5.10 Controlador lógico programable (PLC) e Interfaz humano máquina

(HMI).

El término PLC proviene de las siglas en inglés para “Programmable Logic Controler”, que traducido al español es “Controlador Lógico Programable”. Se trata de un equipo electrónico, con memoria programable para almacenamiento de instrucciones, que como su nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales de forma lógica en tiempo real. Por lo general es un equipo utilizado en maquinarias industriales, así como también en equipos que necesitan controlar procesos y en sistemas que realizan maniobras de instalación, señalización y control [52].

Para que un PLC cumpla su función, es necesario programarlo con cierta información acerca de los procesos que se quiere secuenciar. Esta información es recibida por captadores que serán las entradas, que gracias al programa lógico interno, logran implementarlas señales a través los circuitos internos y programados para accionar las salidas del equipo que están dirigidos hacia algún componente de control que ejecuta la acción requerida para mantener las condiciones necesarias.

Dentro de las ventajas que da un PLC es cumplir operaciones como las de detección y

de mando, en las que se envían datos de acción a los pre-accionadores y accionadores;

son de tamaño reducido y mantenimiento de bajo costo, permiten ahorrar tiempo en

elaboración de proyectos y dinero en mano de obra, además de la posibilidad de

controlar más de una máquina con el mismo equipo. Por su programación se logra

introducir, crear y modificar las aplicaciones del programa a los requerimientos del

sistema. Sin embargo presentan ciertas desventajas como es la necesidad de contar

con técnicos calificados y adiestrados específicamente para ocuparse de su buen

funcionamiento.

El término HMI significa “Human Machine Interface”, en español, Interfaz Humano

Máquina, es el dispositivo o sistema que permite la comunicación entre el operador y

una maquina o sistema que permite ver como esta funcionado este. Las HMI son una

“ventana” de algún proceso en específico. Los sistemas HMI se les conoce también

como software de monitoreo y control de supervisión. En pocas palabras, una HMI es

la representación gráfica de un proceso en una pantalla [53].

Las señales del proceso son conducidos al HMI por medio de dispositivos como cables

o tarjetas de entrada/salida en la computadora, PLC’s, RTU (Unidades Remotas de I/O),

o Drive’s (Variadores de Velocidad). Se pueden distinguir básicamente dos tipos de

HMI’s:

Terminal de Operador: generalmente construido para ser instalado en ambientes

agresivos, donde pueden ser solamente de despliegues numéricos, alfanuméricos o

gráficos. Pueden ser además con pantalla sensible al tacto.

PC + Software, basada en un PC en donde se carga un software apropiado para la

aplicación, se puede utilizar cualquiera según lo exija el proyecto, en donde existen los

74

llamados Industriales, los de panel que se instalan en gabinetes dando una apariencia

de terminal de operador.

Estos software permiten poder ver el proceso e interactuar con él, mantienen un

registro en tiempo real e histórico de datos y manejo de alarmas. La comunicación con

los dispositivos de las máquinas o proceso se realiza mediante comunicación de datos

empleando las puertas disponibles para ello, tanto en los dispositivos como en los PC’s.

Actualmente para la comunicación se usa un software que se encarga de establecer el

enlace entre los dispositivos y el software de aplicación.

Para el desarrollo de la autoclave la selección más complicada fue la del PLC y la HMI,

ya que es la vital que estos dispositivos tengan compatibilidad de comunicación entre

sí para que funcione correctamente el equipo, así como para demás otros

componentes. Las características requerías para el buen funcionamiento de la

autoclave son:

Comunicación compatible entre HMI y PLC.

Ambos componentes deben ser compactos.

Las válvulas como el eyector Venturi y los sensores deben de poder conectarse

al PLC.

El PLC, debe tener 2 entradas analógicas y 6 digitales, salidas digitales,

suficiente memoria para temporizadores, compatibilidad con los sensores,

válvulas y el eyector.

La HMI necesita 20 visualizaciones o pantallas disponibles además de 25

entradas táctiles.

Tanto el PLC como el HMI deben tener protección a una temperatura de 140°C.

Protección IP 65 (totalmente protegido contra el polvo y contra el lanzamiento

de agua desde todas las direcciones).

A continuación se presentan las 3 propuestas preseleccionadas para la autoclave

híbrida.

3.5.10.1 Propuesta 1: Rockwell Automation.

PLC Allen Bradley MicroLogix 1100 y HMI Panel View C400 [54]. El controlador MicroLogix™ 1100 agregan EtherNet/IP™ incorporada una LCD (pantalla

de cristal) que muestra el estado del controlador, el estado de E/S y mensajes del

operador simples, el controlador MicroLogix 1100 1763-L16BWA puede manipular

aplicaciones específicas Ilustración 29.

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Ilustración 29 MicroLogix 1100.

Características:

Tiene 10 entradas, dos analógicas y seis salidas digitales. Incluye un puerto EtherNet/IP™ para la comunicación entre dispositivos

similares. Memoria de 8 KB (4 KB de programas de usuario con 4 KB de datos de usuario). Permite el acceso, el monitoreo y la programación desde cualquier conexión

Ethernet. Admite la edición en línea y un máximo de 144 puntos de E/S digitales. Proporciona un servidor web, que permite configurar los datos del controlador

para que aparezcan como una página web. Contiene un puerto combinado RS-232/RS-485. Permite monitorear y modificar los datos del controlador a través de una

pantalla LCD incorporada. Compatible con módulos de expansión de E/S MicroLogix 1762 (hasta cuatro

módulos por controlador).

El Panel View™ Component C400 2711C-T4T tienen una pantalla plana a colores de 4.3’’. (10.92 cm), que admiten la entrada del operador a través de una pantalla táctil (Ilustración 30).

Ilustración 30 Panel View C400.

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Características:

Permite el diseño y la configuración con el software incorporado. Optimizado para compatibilidad con controladores MicroLogix™ y Micro800™. Admite la comunicación a través de RS-232 (DH-485), RS-232 (DF1), RS-485 y

Ethernet. Dos puertos USB para transferir archivos o actualizar el firmware. Admite memoria flash USB. Presentación en varias opciones de idioma: chino, portugués, francés, italiano,

alemán, español y coreano. Recubrimientos antideslumbrantes, cables y adaptadores, tarjetas de memoria,

adaptadores, fuentes de alimentación eléctrica y bloques de terminales incluidos.

3.5.10.2 Propuesta 2: SIEMENS.

PLC modulo básico LOGO 230-RC y Display de texto LOGO TD [55].

El PLC LOGO es el módulo de lógica inteligente de Siemens. Es un sistema de control

ideal para proyectos de automatización a pequeña escala y hace la vida mucho más

fácil mediante la sustitución de muchos interruptores, temporizadores, relés,

contadores y relés de protección; cuenta con una pantalla y teclas para monitorear las

entradas y salidas así como para modificar algunos parámetros dentro de la

programación (Ilustración 31).

Ilustración 31 LOGO 230-RC.

Características:

No necesita de aparatos adicionales como para su funcionamiento.

Fácil instalación, cableado mínimo y fácil programación.

Permite interconectar entre 200 y 400 funciones.

8 entradas digitales, 4 analógicas a 12/24 VDC y 4 digitales.

4 salidas digitales integradas.

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Flexibilidad de ampliación hasta 24 entradas digitales, 16 salidas digitales, 8 entradas analógicas y 2 salidas analógicas.

Visualización de textos de aviso, valores de consigna y reales así como modificación directa de valores en el visualizador.

Guarda datos de operación para garantizar el almacenamiento de los valores actuales en caso de corte de tensión.

Software LOGO Soft Comfort V7 para la creación de programas.

LOGO permite conectar una pantalla de texto adicional perfectamente adaptado a las

necesidades. Se conecta directamente sin necesidad de un módulo de comunicación.

Además de configura con el mismo bloque de función que el de la pantalla interna,

podrá decidir si prefiere ver los avisos en la pantalla interna o en el externo, o en

ambos.

En el display LOGO TD puede utilizarse cuatro de las ocho entradas digitales

disponibles por hardware como entradas analógicas y otras cuatro como entradas

rápidas de contador hasta una frecuencia de 5 kHz (Ilustración 32). Posee una memoria

para 200 bloques de función, ofrecen capacidad suficiente para un gran número de

aplicaciones independientes con 12/24 V DC, soporta hasta 50 textos de aviso de

cuatro líneas, con 32 caracteres por línea, que representan con claridad los parámetros

de máquina, cuenta con gráficos de barras o los parámetros de estado. Contiene

bloques de función para aritmética y posee la opción de asistencia técnica.

Ilustración 32 LOGO TD.

Características:

Ampliable modularmente hasta 50 E/S.

Ampliables con módulos analógicos.

Posibilidad de combinar las tres fases en una sola operación de configuración.

Software de simplicidad imbatible.

Visualización de hasta 50 avisos mediante pantallas LC en el módulo y textos.

Soporta de 12 a 16 caracteres estándar por línea de programación.

Posibilidad de alternar entre 2 idiomas: inglés y español.

Iluminación regulable de ambos pantallas.

Visualización de hasta 4 gráficos de barras y 4 parámetros de estado de E/S por aviso.

78

3.5.10.3 Propuesta 3: UNITRONICS.

OPLC modelo VISION 350 [56].

La serie VISION 350 es un dispositivo llamado OPLC, el cual se llama así porque

comprende un PLC más una pantalla táctil de color integrada en la misma unidad.

Estos equipos ofrece capacidades excepcionales y diversas opciones de Entrada y

Salida, con una pantalla táctil de 3.5 pulgadas es capaz de mostrar más de 1024

pantallas diferentes, 6MB de imágenes, soporta hasta 512 entradas y salidas digitales a

través de la pantalla táctil (Ilustración 33).

VISION 350 ofrece una amplia gama de funciones integradas tales como múltiples lazos

de controladores PID autónomos, así como tabla de datos integrada, también ofrece

120KB para el registro de datos del programa así como de la programación. Las

opciones de comunicación incluyen EthernetTCP/IP, MODBUS y CAN open y acceso

remoto para la adquisición de datos y descarga de programas.

Ilustración 33 OPLC modeloV350-35-TR6.

Características modelo V350-35-TR6:

8 entradas digitales, incluyendo 4 analógicas.

6 salidas a relé.

2 salidas de alta velocidad NPN Transistor.

1 puerto integrado RS232/RS485; 1 puerto opcional para serial o Ethernet; 1 puerto opcional para CANbus.

Alimentación de 20.4 VDC 28.8 VDC rango permisible de menos 10% de fluctuación.

Protección IP-65.

NPN entradas 207mA a 24VDC, PNP entradas 183mA a 24VDC.

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3.5.10.4. Selección de PLC y HMI:

El primer conjunto en salir de la lista es el de SIEMENS, no precisamente por su

controlador, fue debido a que el PLC que se requiere solo tenía la opción de conectarse

a un visualizador de texto como HMI, únicamente puede hacerlo con el LOGO TD y este

no era funcional debido a que no facilitaba ni agilizaba el proceso.

Por lo consiguiente restan 2 opciones el de Allen Bradley Micrologix1100 con el Panel

View C400 y UNITRONCS con el OPLC modelo V350 este ya incluía incorporado el HMI.

Cada uno proporciona excelentes condiciones de trabajo y una gran diversidad de

herramientas, con ninguno hay problema con de la capacidad de memoria, las

entradas y salidas tanto las analógicas como las digitales.

En el caso del OPLC V350 es que además de tener el HMI integrado posee y ocupar

menos espacio en la autoclave, por desgracia no cuenta con la compatibilidad con

todos los demás componentes.

Para el caso del Allen Bradley Micrologix1100 y el Panel View C400 se comunican

fácilmente por Ethernet, la programación de ambas es muy sencilla, el PLC cuenta con

las salidas a relevador, así como las entradas analógicas necesarias para el prototipo, la

HMI es fácil interpretar, cuenta con múltiples colores y pantalla táctil además de

cuatro botones, Allen Bradley es una empresa confiable. El uno detalle es que es

necesario añadirle una carcasa protectora que aislé al PLC de la cámara para que la

temperatura máxima de operación no afecte a su funcionamiento. Por lo que al final se

optó por este conjunto para que armar el equipo.

3.6 Fuente de alimentación.

Una fuente de alimentación es un dispositivo eléctrico que convierte la corriente eléctrica alterna a corriente continua. La mayoría de dispositivos electrónicos necesitan una fuente de energía estable, consistente y pura para funcionar correctamente. Las fuentes de alimentación conmutadas usan un transformador que reduce la tensión de entrada de 120 VAC a una o varias tensiones de CD.

Para la autoclave hibrida se seleccionó la fuente Scheider ABL8MEM24012, por que

convierte 120 volts AC a 24 DC, de 30 W y 1,2 A. Esta fuente de alimentación

conmutada ofrece estabilidad en la señal, seguridad, eficiencia eléctrica y está a precio

considerable (Ilustración 34). Esta fuente es la recomendada por EBP ya que es

utilizada por ellos, tiene la capacidad de alimentar las válvulas solenoides, la

electroválvula 5/2 y eyector Venturi sin tener disminución de voltaje durante el

proceso y tienen buen rendimiento y tiempo de vida, esta fuente.

80

Ilustración 34 Fuente de alimentación.

3.7 Implementos adicionales.

Los implementos adicionales son los componentes que van dentro de la autoclave

híbrida pero no se necesita una selección rigurosa de los mismos, pero es necesario

mencionarlos.

Principalmente es necesario tener botones físico tanto de paro de emergencia como

de arranque y paro sencillo de la autoclave. Los botones de arranque y paro son dos

botones simplemente se realiza el arranque del proceso y el fin de un proceso son de

uso industrial y resguardan los componentes que constituyen el equipo como el

sistema en sí. Los botones de parada de emergencia son un componente importante

de seguridad de muchos circuitos eléctricos, especialmente que controlan equipos

peligrosos, como bombas de combustible, maquinaria en movimiento, y herramientas

de corte, cintas transportadoras, y muchos otros tipos de equipo. Están diseñados para

permitir que un operador al pulsar el botón de parada de emergencia interrumpir el

circuito y así pueda parar el equipo en un apuro si algo va mal. Estos 3 botones están

conectados en serie con el PLC del equipo para cumplir con su función (Ilustración 35).

Ilustración 35 Botones de arranque, paro y paro de emergencia.

Otros elementos que entran en esta sección son: los paquetes de tornillería y tuercas

para hacer el ensamble de la cámara con su soporte, la carcasa del PLC que será

añadida, el renovado sistema de tuberías de cobre para el flujo de agua y vapor, toda

la circuitería, conexiones, cableado, soldadura, así como de la nueva lamina que

cubrirá toda la autoclave con las nuevas medidas.

81

Capítulo 4 Semiautomatización de la Autoclave Híbrida.

4.1 Proceso de esterilización por vapor.

En este capítulo se describe el proceso de cada método de esterilización en la

autoclave híbrida, los parámetros necesarios y su operación se explican a través de

diferentes diagramas de flujo, mismos que se usaron como base para la realización del

programa en diagrama escalera para el PLC. El programa utilizado es el RsLogix 500 de

la empresa Allen Bradley.

4.1.1 Parámetros necesarios.

Presencia de vapor saturado. Es la condición en la que toda el agua presente en la

cámara del esterilizador se encuentra en la fase de vapor. Su función es asegurar que

el vapor libere su calor rápidamente y al entrar en contacto con un objeto frío,

esterilice el material.

Debido a esto, los esterilizadores de vapor por pre-vacío están diseñados para eliminar

el aire de la cámara al principio del ciclo, los equipos deben cargarse correctamente

para asegurar la libre circulación de vapor por todas las superficies de los artículos que

están dentro del equipo siendo esterilizados, esto ayuda a evitar la acumulación de

líquido y que el aire no quede atrapado.

La eficiencia del vapor como agente esterilizante depende de:

La temperatura de la cámara.

La penetración del vapor en el material.

Desplazar el aire con impurezas por vapor en los paquetes de esterilización.

Tiempo de exposición. El vapor debe ser lo suficientemente caliente y tener un flujo de

vapor constante para desplazarse a través de la carga para destruir todos los

microorganismos en el tiempo asignado correspondientes a cada material.

Temperatura. En la autoclave al tener una cámara herméticamente sellada, se tiene un

volumen prácticamente constante, por ende, el proceso de esterilización se lleva a

cabo en un sistema isocórico o isovolumétrico, donde el volumen siempre permanece

constante, es decir, ΔV = 0 (ΔV variación de volumen).Esto lo podemos expresar con la

ecuación de Gay-Lussac la cual establece la relación que existe entre la presión (en

mmHg) y la temperatura (en grados Kelvin) de un gas cuando el volumen (V) es

constante. Matemáticamente se expresa con la siguiente ecuación:

Ecuación 1 Ley de Gay-Lussac.

82

Dónde: P = presión, V = volumen, T = temperatura y n = número de moles del gas. En el

proceso isocórico V y n son constantes. Ley de Gay Lussac, para estas condiciones de

variación entre la temperatura y la presión a volumen constante, establece que para

los diferentes valores de temperatura y de presión se cumple con la siguiente

ecuación:

Ecuación 2 Ley del proceso isocórico.

Ésta ecuación indica que el cociente entre las variaciones de la presión y la

temperatura siempre tendrá el mismo valor, es decir, un valor constante.

Ecuación 3 Consiente constante.

En la Ilustración 36 se muestra la línea recta que va de la punta A al punto B, que

señala el aumento de presión y temperatura proporcional a volumen constante.

Ilustración 36 Gráfica de presión y temperatura a volumen constante.

En el caso del punto A tenemos una temperatura incial y una presión incial al

calentar el agua dentro de la camara se llega al punto B, con una temperatura final

y una presión final . Se observa que el valor de volumen siempre es el mismo para

ambos puntos.

Ejemplo: Si el volumen de un gas que se encuentra dentro de la cámara está a una

presión de 760mmHg cuando su temperatura es de 25°C. ¿A qué temperatura deberá

estar para que su presión sea 920mmHg?

Primero se debe convertir el valor de la temperatura en kelvin:TA = (25 + 273) K= 298 K

Ahora sustituimos los datos en la ecuación:

Ecuación 4 Ejemplo de la ley de Gay-Lussac.

83

Despejando TB para obtener la nueva temperatura.

Ecuación 5 Sustitución del ejemplo ley de Gay-Lussac.

Se convierte el valor de la TB a °C. TB = (360.73 - 273) K= 87.7 °C.

Para ver la presión de seguridad dentro de la autoclave con volumen constante de la

cámara de 16 litros, y temperatura ambiente de 24 °C (297 K), se realizan los cálculos

con una temperatura máxima de 140 °C (410 K) dentro de la cámara.

Ecuación 6 Ejemplo de temperatura máxima.

Despejando PB para obtener la nueva presión.

Ecuación 7 Sustitución del ejemplo de temperatura máxima.

Por lo tanto, cuando la presión dentro de la autoclave llegue a 1,049.15 mmHg (1.38

atm, 20.29 psi), la válvula de alivio se activará dejando escapar el excedente de vapor

que alberga la autoclave.

En un principio se abre la válvula de llenado (1.2 L/min) que vierte en la autoclave 3.5 L

de agua desmineralizada que ocupa un volumen dentro de la cámara sumándose al

aire que está dentro; el tiempo de apertura de la válvula será de 175 segundos. Al

encender la termorresistencia comenzará a calentarse el agua generando poco a poco

vapor que a su vez estará aumentando tanto la presión como la temperatura en la

cámara. Al tener mayor temperatura dentro de la autoclave significa que existe mayor

cantidad de vapor de agua. Así que al final estarán los volúmenes del agua, el vapor y

el aire dentro de la cámara siendo la suma el volumen total y constante dentro de la

cámara. Durante el calentamiento se realizaran los pre-vacíos para sustraer la mayor

cantidad de aire frio dentro de la cámara. El número de pre-vacíos depende del tipo de

material. Es necesario que quede un volumen de agua para que el vapor sea saturado y

así exista siempre humedad en la cámara.

Al ser la temperatura la variable principal en los ciclos y ser manipulada por las

termorresistencias para poder estabilizar su valor, la presión variará de manera

directamente proporcional con la variación de la temperatura, esto quiero decir que al

aumentar la temperatura la presión también aumentará de manera proporcional,

cuando exista un descenso de temperatura la presión descenderá y cuando la

temperatura se mantenga estable la presión se mantendrá estable. Por lo que la

presión dentro de la cámara está en función del manejo de temperatura.

84

Los ciclos en la esterilización depende principalmente de la temperatura a la que debe

operar la autoclave y del tiempo que el material tiene que estar sometido a dicha

temperatura y en contacto con el vapor. Las aplicaciones más habituales dependen del

valor de la temperatura (Tabla 20), de manera general se utilizan los ciclos de 121°C y

132°C.

Tabla 20 Niveles de temperatura de una autoclave.

TEMPERATURA APLICACIÓN

105°C Desinfección de líquidos y objetos delicados. Por debajo de los 120°C solo se trata de desinfección.

121°C Esterilización general de instrumentos, guates y textiles clínicos.

132°C Esterilización de material quirúrgico o con riesgo de infección.

Para el ciclo por pre-vacío, se extraerá la mayor parte del aire de la cámara del

esterilizador hacia el exterior a través de un eyector Venturi conectado con una

alimentación de aire directa hacia el drenaje. La cámara se llena con vapor hasta

alcanzar la temperatura deseada, para mantener esta temperatura constante durante

el tiempo de esterilización. En términos generales, los tiempos de exposición para

diferentes materiales de acuerdo a AAMI ST41 EN 550 se muestran en la Tabla 21.

Tabla 21 Valores de los ciclos de vapor para la autoclave.

4.1.2 Ciclo general de vapor.

El proceso de vapor por prevacío es conformado por 6 etapas que deben de realizar las

autoclaves de este método, es por ello que la autoclave híbrida trabajará de la misma

forma, este proceso se muestra en la Ilustración 37 y después se explica cada etapa

brevemente.

Material Temperatura Pre-vacíos Tiempo de exposición/

Tiempo de secado

Textiles 132°C 2 15 min / 15 min

Instrumental metálico sin filo

132°C 2 20 min / 20 min

Vidrio 121°C 0 20 min / No aplica

Líquidos 121°C 0 20 min / No aplica

Gomas y guantes 121°C 2 15 min / 20 min

85

PRE-VACÍO

CALENTAMIENTO DE

AGUA Y ELIMINACIÓN DE

AIRE

MATERIAL

ESTERILIZADO

ACONDICIONAMIENTO

TIEMPO DE

ESTERILIZACIÓN

TIEMPO DE SECADO

ENFRIAMIENTO DE LA

CARGA

IGUALACIÓN DE

PRESIÓN A LA

ATMOSFÉRICA

Ilustración 37 Diagrama del ciclo de operación por pre-vacío.

1.- Calentamiento del agua y eliminación del aire por pre-vacíos: Dejando la cámara

herméticamente cerrada se introduce el agua a la cámara y se calienta lentamente por

medio de las resistencias hasta su temperatura de ebullición que es de 91°C (a la altura

del nivel del mar), para comenzar a generar vapor. Durante esta etapa, el aire está

siendo desplazado de la cámara de ser necesario, esto se hace con ayuda del sistema

de vacío (eyector Venturi), que succionará el aire dentro de la cámara, esto se realiza

de manera fraccionada hasta con 4 ciclos de vacío como máximo.

2.- Acondicionamiento: Se espera que la mayoría del agua dentro de la cámara se

caliente y se convierta gradualmente en vapor, permitiendo aumentar la temperatura

de la cámara hasta el nivel requerido de cada ciclo (121°C o 132°C).

3.- Tiempo de exposición: Ya con el valor de temperatura alcanzado, se inicia el tiempo

de contacto entre el vapor y el material. Durante este tiempo de exposición, se

mantiene constante la temperatura para la esterilización (en periodos de 15 a 20

minutos), si se supera la temperatura se apagan las resistencias y se liberar un poco de

vapor bajando la temperatura y la presión, cuando se llega a la temperatura inferior se

prenden de nuevo las resistencias para generar vapor caliente en la cámara.

4.- Tiempo de secado: En esta etapa se reduce la temperatura de la cámara al finalizar

el tiempo de exposición. Tiene la finalidad de que los materiales queden sin rastro de

vapor o humedad en ellos. Se apagan las resistencias y se activa la liberación del vapor.

5.- Enfriamiento de la carga: Aquí se lleva el valor de presión por debajo de la

atmosférica para asegurar que los materiales bajen su temperatura por medio de un

vacío. Una vez concluido se genera una vacío y se libera el vacío permitiendo que una

86

inyección de aire filtrado entre a la cámara y el ciclo queda completado, este paso

termina cuando la temperatura de la cámara y la del ambiente sea la misma.

6.- Igualación de presión atmosférica: En algunos casos se utiliza un flujo de aire para

logra la reducción de la temperatura del material y de la presión interna. Ya igualadas

la presión interna de la cámara a la atmosférica, se abre ligeramente la puerta para

que el material se aclimate poco a poco con ayuda del aire del área de esterilización.

Cuando el material de encuentre a una temperatura razonada, se extrae el material ya

esterilizado de la autoclave quedando listo para usarse. Esto dura entre 5 y 10

minutos.

En la Ilustraciones 38 y 39 se muestran las gráficas del comportamiento del ciclo de

vapor por prevacío.

Ilustración 38 Ciclo de vapor por prevacío, Presión-Tiempo.

Ilustración 39 Ciclo de vapor por prevacío, Temperatura-Tiempo.

87

Los números presentados en la gráfica corresponden a cada una de las etapas del

proceso.

1. Calentamiento de agua y eliminación de aire por vacíos (pre-vacío fraccionado).

2. Acondicionamiento a los niveles de necesarios.

3. Tiempo de esterilización (tiempo de exposición).

4. Tiempo de secado.

5. Enfriamiento de la cámara.

6. Igualación de presión atmosférica.

4.2 Proceso esterilización por óxido de etileno.

4.2.1 Parámetros necesarios.

Para que la autoclave por óxido de etileno sea efectiva, son necesarios los siguientes

parámetros:

Dosis del Agente Esterilizante (Concentración): Se utiliza una cantidad adecuada para

matar a los microorganismos más resistentes, van de 300mg/l hasta 600mg/l, pero ya

sean las ampolletas o los tanques van en función de la capacidad volumétrica de la

cámara del equipo y se debe tener en cuenta la temperatura, y tiempo de exposición

para aplicarlos. Recomendada como la mínima una concentración del óxido de etileno

es de 450mg/l, ésta se toma para proporcionar en un tiempo razonable y evitar

riesgos. Son más recomendables concentraciones de óxido de etileno de 1000mg/l,

niveles por arriba de este nivel no cambian el tiempo de exposición.

Temperatura: La temperatura tiene una gran influencia en la eficiencia de la

esterilización por óxido de etileno. Cuanta más alta es la temperatura, más baja es la

dosis de óxido de etileno que será necesaria para esterilizar. El óxido de etileno opera

en un rango de temperatura de37°Cen el ciclo frío y 55°Cen el ciclo caliente. Para la

esterilización de plásticos sensibles al calor se usa el ciclo frío. A temperaturas

superiores a 60°C no aumentan el rendimiento del método.

La dificultad de este proceso es mantener la mezcla de óxido de etileno a la presión

empleada. La temperatura influye en la presión producida por un volumen de gas dado

en un contenedor cerrado. Esto es importante cuando se carga una cámara con gas y

se calienta para proporcionar una determinada concentración de óxido de etileno

permanecerá en estado gaseoso. No obstante, si la temperatura se disminuye, después

de que la cámara ha sido cargada, parte del gas podría condensarse.

Tiempo de exposición: Los tiempos exposición varían de acuerdo al tipo de material, de

la concentración del óxido de etileno, al tipo de envoltorio y la temperatura. Los

períodos de exposición son determinados experimentalmente o con base en pruebas y

errores utilizando controles de esterilidad microbiológicos aceptables. Es fundamental

88

para realizar efectivamente la esterilización con óxido de etileno que todos los

artículos sean limpiados cabalmente y empaquetados en materiales aprobados antes

del procedimiento de esterilización.

Tiempo de aireación: Este tiempo varía de acuerdo al ciclo destinado a cada tipo de

material y al tipo de envoltorio. Todo el material esterilizado por óxido de etileno

necesita de un tiempo de aireación, va en función de su capacidad de absorción del

gas. En algunas autoclaves se encuentra la acción de aireación, en la que se eliminan el

óxido de etileno residual de los materiales esterilizados. El propósito de la aireación es

capturar las emisiones de óxido de etileno en su fuente de producción y evitar

contaminar el aire ubicado en la zona del empleado. Son diseñados para reducir los

niveles de óxido de etileno en la zona de trabajo. Los tiempos de exposición para los

diferentes productos y las condiciones de operación se presentan en dos ciclos de

acuerdo a AAMIST41 EN 550 (Tabla 22).

Tabla 22 Valores de los ciclos del óxido de etileno.

En la Tabla 23 está señalado que tipo de ciclo le corresponde a cada material.

Tabla 23 Ciclo correspondiente a cada material.

CICLO MATERIAL

CALIENTE Instrumental metálico con filo. Prótesis.

Instrumental Óptico.

FRIO Plásticos. Implantes.

CICLO Temperatura de

esterilización Tiempo de exposición

Tiempo de aireación

CALIENTE 55°C 5-6 Horas 12-36 Horas

FRÍO 37°C 2-3 Horas 7-12 Horas

89

4.2.2 Ciclo general del óxido de etileno.

Para efectuar una esterilización efectiva por óxido de etileno debe existir una

adecuada relación entre las variables, la alteración de cualquiera de estas puede

afectar la otra y afectar la esterilización. El ciclo de esterilización de manera general se

muestra en la Ilustración 40.

ÓXIDO DE

ETILENO

ACONDICIONAMIENTO

RUPTURA DE LA

AMPOLLETA

TIEMPO DE

EXPOSICIÓN

EXTRACCIÓN DEL GAS

AIREACIÓN

IGUALACIÓN DE

PRESIÓN

MATERIAL

ESTERILIZADO

Ilustración 40 Diagrama del ciclo del óxido de etileno puro.

1.- Acondicionamiento: Los objetos a esterilizar son introducidos a la autoclave. A

continuación se realiza un aumento de la temperatura en el interior de la cámara así

como una succión para eliminar el aire dentro, con la finalidad de dejar el equipo con

una presión negativa.

2.- Ruptura de ampolleta: Una vez alcanzadas las condiciones de presión de vacío, se

procede a romper la ampolleta para liberar el gas dentro de la cámara para que

comience el contacto con el material a esterilizar. Paralelamente se calienta la cámara

para elevar una temperatura. Después se genera otro vacío previo para tener la

presión requerida.

3.- Tiempo de exposición del gas: Es el tiempo en el que el material clínico está en

contacto directo con el óxido de etileno. Aquí se eliminan las bacterias y

microorganismos que se encuentran en la superficie de dicho material. En esta etapa

se mantienen las condiciones de presión y temperatura de acuerdo al ciclo

seleccionado además del tiempo determinado para que se realice una esterilización

efectiva.

90

4.- Extracción del gas de la cámara: Al término del tiempo de exposición, en la cámara

suceden ingreso de aire filtrado e inyecciones alternadas de vacío para remover el

óxido de etileno. En este punto, los objetos están estériles pero no listos para su uso

inmediato debido a que permanecen residuos de óxido de etileno disueltos en ellos y

pueden producir quemaduras químicas a los usuarios.

5.- Aireación: Existen equipos que no cuentan con aireación integrada, por esto es

necesario obtener un equipo extra capaz de realizar esta tarea, para este caso, la

aireación se realiza en la misma autoclave. El óxido de etileno es totalmente disipado

del producto por medio de pulsos de aire. Para apresurar este proceso y controlar el

óxido de etileno restante, los objetos esterilizados deben permanecer en la cámara

donde se eleve la temperatura e incremente el flujo de aire adecuadamente para

airear la mayoría de los objetos en las siguientes 12 horas. En este paso aún no se

pueden sacar los objetos de la autoclave.

6.- Igualación de presión: Después de que el óxido de etileno ha sido extraído, la

presión dentro de la cámara y la presión atmosférica debe ser la misma para poder

abrir la puerta. Ya concluidos todas las fases, los materiales quedarán libres del gas y

listos para usarse. El comportamiento del ciclo del óxido de etileno puro se muestra en

la Ilustraciones 41 y 42.

Ilustración 41 Ciclo de óxido de etileno puro, Temperatura-Tiempo.

91

Ilustración 42 Ciclo de óxido de etileno puro, Presión-Tiempo.

Los números presentados en la gráfica corresponden a cada una de las etapas del

proceso mencionadas anteriormente.

1. Acondicionamiento.

2. Entradas de gas.

3. Esterilización.

4. Extracción del gas de la cámara.

5. Aireación (el número de los pulsos de aireación varían de acuerdo al material y

las condiciones atmosféricas y de altitud donde este la autoclave).

6. Igualación de presión.

92

4.3 Diagramas de flujo de operación de la autoclave híbrida.

Un diagrama de flujo es la representación gráfica de un algoritmo o proceso que

describe las actividades a realizar de manera secuencial. En este caso se utiliza para

explicar el orden de programación y ejecución de la autoclave híbrida. Para entender

los diagramas en la Tabla 24 se muestra la simbología de cada una de las acciones.

Tabla 24 Simbología de los diagrama de flujo.

SIMBOLOGÍA DEL DIAGRAMA DE FLUJO

SIMBOLO NOMBRE DESCRIPCIÓN

Inicio y fin del proceso.

Señala el inicio de proceso así

como el término del mismo.

Decisión.

Indica un punto donde se toma

alguna decisión.

Conector. Conecta el proceso.

Muestra en pantalla.

Se utiliza para hacer referencia de

lo que se visualiza en la pantalla

del HMI.

Proceso. Tarea o actividad llevada a cabo

durante el proceso.

Entrada en HMI.

Ingresa la información necesaria

para continuar con el proceso.

Etapa del proceso.

Esta establecida para el proceso

de esterilización.

Dirección y sentido del

proceso. Señala el sentido de proceso.

93

4.3.1 Menú principal.

En el diagrama de la Ilustración 43 se observa el inicio del proceso de la autoclave

híbrida, que antes que nada debe encenderse, después se mostrara en la HMI una

presentación, y de ahí aparecerá el menú principal, el cual consiste en la selección del

método de esterilización que se desea usar: vapor (para seleccionar un ciclo por vapor

al pre-vacío) u óxido de etileno (para seleccionar una esterilización química por óxido

de etileno puro).

INICIO

¿Qué método

desea?

¿Qué ciclo

desea?¿Qué ciclo

desea?

VaporOxido de etileno

Menú Principal Menú Principal

A F

B

C

D

E

G

H

I

J

Textiles

Instrumental de metal

sin filo

Vidrio

Líquidos

Gomas y guantes

Plásticos

Instrumental de metal

con filo

Prótesis

Instrumental Óptico

Implantes

MENU PRINCIPAL

Ilustración 43 Diagrama inicio de operación de la autoclave híbrida2.

Ya seleccionada cualquiera de los dos métodos, a continuación se muestran las

opciones de los diferentes materiales posibles a esterilizar, llamados ciclos de

2 Existen ciclo frío y ciclo caliente para el proceso del óxido de etileno (ver Tabla 23).

94

esterilización. Para caso de vapor tenemos 5 materiales: textiles, instrumental sin filo,

vidrio o cristales, líquidos, gomas guantes. Adicionalmente a estos, en la pantalla

también se lo coloca la opción de salir al menú principal, regresando a la elección del

tipo de esterilización. Para el caso de haber seleccionado óxido de etileno nos muestra:

plásticos, instrumental con filo, prótesis, instrumental óptico, implantes, de la misma

manera se le tiene la opción de regresar al menú principal.

Se recuerda que para cada uno de estos ciclos no es el mismo procedimiento, ya que

varían los tiempo de exposición, valores de temperatura y presión de cada material, así

como la aireación para el caso de los ciclos de etileno, es por ello en cuanto se inicie el

proceso de esterilización será un protocolo determinado.

En las siguientes secciones se muestra ejemplos de 2 ciclos: para el proceso de vapor

por prevacío se desarrolla para el material instrumental sin filo y para el óxido de

etileno el ciclo de plásticos.

4.3.2 Secuenciade operación del ciclo de vapor.

Explicación del ciclo de instrumental sin filo por vapor (Ilustración 44). Ya seleccionado

el método de vapor y el ciclo de instrumental sin filo, aparecerá en pantalla el

siguiente texto “Revise que la autoclave contenga agua”, acompañado de un botón de

“OK” para oprimirlo después de corroborar que el nivel del agua sea el requerido.

Antes de iniciar cualquier proceso de vapor dela autoclave es necesario verificar que la

cantidad adecuada de agua este en el depósito ya que es vital para el correcto

funcionamiento del proceso de esterilización ya que durante la operación de la

autoclave nunca se monitorea el nivel de agua, de aquí la importancia de este mensaje

en la HMI.

Posteriormente de oprimir el botón de “OK” se mostrará en pantalla “Cerrar puerta”

éste mensaje es para garantizar la seguridad del proceso de esterilización así como la

protección del personal, ésta acción es cotidiana pero un cualquiera podría olvidarla.

Se verifica que la puerta esté correctamente cerrada con el contactor de seguridad. Si

el contactor no manda la señal de que la puerta está sellada no se le permitirá iniciar

ninguno de los ciclos (como protocolo de seguridad). Cuando ya sea detectando que la

puerta está correctamente cerrada se desplegara en la pantalla el mensaje de

“Acondicionamiento” dando inicio al proceso.

De manera consecutiva el PLC activará la válvula de llenado por un tiempo de 20

segundos que suministrará la cantidad de agua necesaria del depósito hacia la cámara,

al mismo tiempo se encenderán las termorresistencias con el objetivo de incrementar

la temperatura del agua dentro de la cámara. Después de los 20 segundos se

desactivar la válvula de llenado pero la resistencia seguirá calentando. Cabe aclarar

que dentro de la cámara aún existe aire con partículas indeseables, por esta razón es

necesario realizar el prevacío de la cámara para eliminar el aire contenido dentro de la

misma (el número vacíos dependerá de material). Cuando se alcanza una temperatura

de 50°C dentro de la autoclave el PLC activará el Venturi por 5 segundos con la

finalidad de crear el primer de vacío dentro de la cámara, al llegar a los 80°C se

95

activará el Venturi de nuevo por 5 segundos, generando así el segundo vacío. Después

se dejará calentar el agua con el fin de generar el vapor y llegar a una temperatura

132°Cdentro de la cámara (valor para el instrumental sin filo o termorresistente),

cuando esto suceda se mostrará en la pantalla “Esterilizando, el tiempo restante de

exposición y el valor de la temperatura”, indicando que el tiempo de exposición del

material ha iniciado.

Se requiere mantener el valor de temperatura a 132°C durante 20 minutos para

obtener una esterilización eficaz (tiempo de exposición).Para lograrlo el programa en

el PLC seguirá trabajando haciendo que se paguen las resistencias y se active la válvula

de secado para liberar presión y así disminuir la temperatura dentro de la cámara

cuando el sensor detecte la temperatura de 134°C o mayor (AAMI marca una

tolerancia de temperatura de ±2°C durante el tiempo de exposición en vapor), ahora

cuando el nivel de temperatura sea menor a los 130°C se desactivará la válvula de

secado volviendo a sellar la cámara para que la temperatura vuelva a subir y se

mantenga dentro del rango de 130°C a 134°C. Estos pasos se seguirán repitiendo hasta

que transcurran los 20 minutos que tiene programado el PLC, una vez que termine el

tiempo de exposición, se mandará una señal para desenergizar las termorresistencia,

dejando de calentar, logrando así disminuir la temperatura. Al mismo tiempo en la

pantalla del HMI se mostrará el mensaje “Secando”.

Aquí la presión debe disminuir para bajar la temperatura más rápido, esto se realiza

con la extracción del vapor de la cámara hacia el depósito de agua energizando la

válvula de secado, dejando así escapar el vapor hacia el serpentín dentro del depósito

de agua, con el objetivo de condensar el vapor mientras viaja por el cuerpo del

serpentín. Aquí también se logra bajar la temperatura (aunque en menor proporción y

más lento) disminuyendo la presión.

A continuación se activará el eyector Venturi que generará una succión en la cámara y

en después se activará la válvula de aireación que inyectara aire a la cámara, con el fin

de que la temperatura de la autoclave disminuya al hacer circular aire, ejecutándose

aquí el enfriamiento de la carga. Esto se repetirá hasta que los valores de la presión y

la temperatura alcancen valores similares a los atmosféricos. Se detendrá este proceso

hasta que el sensor de temperatura detecte 22°C (etapa de Igualación de presión y

temperatura), al llegar a este valor se mostrara en la pantalla “Esterilización completa”.

Cuando las condiciones de presión y temperatura de la cámara sean similares a las

atmosféricas se podrá abrir la autoclave, se espera un periodo de 5 a 10 min para que

termine de acondicionarse los materiales y retira contenido ya estéril dentro de la

cámara.

96

B

¿PUERTA

CERRADA?

NO

SI

REVISE QUE LA

AUTOCLAVE CONTENGA

AGUA

ACTIVAR VALVULA DE

LLENADO

(POR 20 SEGUNDOS)

DESACTIVAR VALVULA

DE LLENADO

ENCENDIDO DE LAS

TERMORESISTENCIAS

AUMENTO DE

TEMPERATURA

TEMP=50°

NO

REALIZAR 1ER VACÍO

EN LA CÁMARA

SI

TEMP=80°

NO

REALIZAR 2DO VACÍO

EN LA CÁMARA

1

1

AUMNETAR

TEMPERATURA A 132°C

SI

ACTIVAR VÁLVULA DE

SECADO POR 10 SEG Y

DESACTIVAR

SI

SE DESENERGIZAN LAS

TERMORRESISTENCIAS

APAGAR LAS

RESISTENCIAS

ACTIVAR VÁLVULA DE

SECADO

TEMP < 130° C

NO

ENCENDER LAS

RESISTENCIAS

DESACTIVAR VÁLVULA

SECADO

SI

2

2

ESTERILIZANDO

TIEMPO RESTANTE:__

TEMPERATURA: __

OK

CERRAR PUERTA

ACONDICIONAMIENTO

TEMP > 134°C

NO

AUMENTO DE

TEMPERATURA

TIEMPO = 20 MIN

SI

NO

TEMP=132°C

NO

ACTIVAR VENTURI POR

5 SEG Y DESACTIVAR

AUMENTO DE

TEMPERATURA

SI

ACTIVAR VENTURI POR

5 SEG Y DESACTIVAR

SECANDO

TEMP > 22°C

NO

ESTERILIZACIÓN

COMPLETADA

SI

FIN DEL CICLO

REGRESO AL MENU

PRINCIPAL

ACTIVAR VENTURI

POR 5 SEG Y DESACTIVAR

DESACTIVAR VENTURI Y

VALVULA DE AIREACION

ACTIVAR VALVULA DE

AIREACION

POR 5 SEG Y DESACTIVAR

Ilustración 44 Diagrama B, Ciclo de instrumental sin filo por vapor.

97

4.3.3 Secuencia de operación del ciclo de óxido de etileno.

Explicación de Ciclo de plásticos para óxido de etileno (Ilustración 45). Ahora para el

caso de seleccionar en el menú principal la esterilización por medio de óxido de etileno

y después el ciclo de plásticos se ejecutará lo siguiente:

Se mostrará en pantalla “Introduzca ampolleta”, como recordatorio para que el

operador introduzca una ampolleta de cristal con una capacidad de 5ml de óxido de

etileno puro dentro de una cúpula fabricada de acero inoxidable ubicada en un

extremo de la cámara, esta tendrá un orificio por donde entrará el vástago del pistón

para romper la ampolleta, este mensaje viene acompañado de un botón “OK” el cual

tenemos que presionar una vez que se haya introducido la ampolleta en la autoclave.

Cumpliendo eso, el programa del PLC estará monitoreando si la puerta está cerrada y

al mismo tiempo se visualizará en pantalla “Cierre puerta” de lo contrario no se le

permite iniciar el ciclo de esterilización (como protocolo de seguridad).

Cuando se detecta por medio del contactor que la puerta está cerrada,

inmediatamente el PLC activa las termorresistencias para generar un aumento de

temperatura dentro de la cámara de la autoclave y en el HMI se visualizará

“Acondicionamiento”. Cuando el sensor de temperatura detecte que ya se ha

alcanzado los 37°C (valor que se debe mantener entre 35°C y 39°C para el ciclo frío

durante todo el tiempo de exposición) inmediatamente se activará el Venturi, el cual

empezará a generar una succión hasta llegar a una presión de -660mmHg (-0.86 atm),

una vez alcanzada esta presión se desactiva el Venturi y se activa el suministro de aire

hasta obtener dentro de la cámara una presión de -360mmHg (-0.47 atm),que se debe

mantener durante el tiempo de exposición del material, en este caso plásticos.

Una vez alcanzada este valor de presión se activa la válvula que alimenta

neumáticamente el pistón para que la punta vástago fracture la ampolleta de cristal

(Ilustración 46), liberando así el óxido de etileno puro dentro de la cámara,

inmediatamente después el pistón regresa a su posición inicial al regresar la válvula

que lo activa. Esta da por terminado la etapa de acondicionamiento.

Ya fracturada la ampolleta y con las condiciones necesarias de presión y temperatura

se inicia el tiempo de exposición del material. Es en este punto la pantalla muestra el

mensaje “Esterilizando, con el tiempo restante y los valores de presión y temperatura”,

con la finalidad de mantener al usuario informado acerca del proceso de esterilización

con las variables visibles en la pantalla. El óxido de etileno que entra en contacto con el

plástico, se colocara inicialmente en su superficie para después penetrar en él debido a

la porosidad del material. El tiempo de exposición del ciclo frío es de 6 horas.

En este periodo de tiempo ocurre dos cosas, la primera es mantener el valor de la

temperatura entre 35°C y 39°C, esto se realiza con el sensor de temperatura, el PLC y

las termorresistencias. Cuando el sensor detecta la temperatura de 39°C o más el PLC

mandara una señal para desenergizar las termorresistencias, y cuando la temperatura

98

descienda y llegue a los 35°C o menos, el PLC energizara de nuevo las

termorresistencias y así durante las 6 horas de la exposición. La segunda parte es

mantener el valor de la presión entre -340mmHg (-0.44 atm) y -380mmHg (-0.5 atm),

se logra con el sensor de presión, el PLC, la válvula de aireación y el eyector Venturi. En

el caso de que le sensor detecte una presión mayor de -340mmHg se activará el

eyector Venturi por 5 segundos para bajar más la presión ya que se debe mantener

alrededor de -360mmHg (-0.47 atm). Ahora, para el caso de que la presión exceda los -

380mmHg la válvula de aireación será activada por 5 segundos para aumentar la

presión de la cámara, al igual que para la temperatura, esto se ejecuta solamente en

las 6 horas de esterilización. Al finalizar este tiempo en la pantalla se mostrará en

pantalla “Aireación, con el tiempo restante de la aireación”.

En este periodo se debe generar la extracción del óxido de etileno en la cámara,

primero se desactivan las termorresistencias, a continuación se activa el Venturi por 4

segundos para que realice una succión hasta llegar a la presión de -660mmHg (-0.86

atm), después a los 2 minutos se activarla válvula de aireación por 4 segundos para

introducir aire limpio a la cámara(Ilustración 47), enseguida se desactiva para activar

de nuevo el Venturi y así sucesivamente para generar una serie de pulsos de aireación

(la activación una vez del eyector y la válvula de aireación hacen un pulso). Esta etapa

tiene la finalidad de desprender del material cualquier residuo de óxido de etileno y

retirar el aire que se está ingresado a la cámara. Estos pulsos están programados con

un tiempo de 12 horas (ciclo frío), existen alrededor de 30 pulsos por hora.

Finalizado el tiempo de aireación, se desactivará tanto el Venturi como válvula de

aireación, y el HMI mostrará la pantalla “Esterilización completa”. Después

transcurrido ese tiempo y una vez que la presión y la temperatura dentro la cámara

sean iguales a las del ambiente, se permitirá abrir la autoclave y retirar el material

estéril contenido dentro.

99

F

INTRODUZCA

AMPOLLETA

CIERRE LA AUTOCLAVE

OK

¿PUERTA

CERRADA?

SI

NO

ENCENDIDO DE LAS

TERMORESISTENCIAS

TEMP = 37°C

NO

SI

ACTIVAR VENTURI “GENERANDO

SUCCIÓN“

PRESIÓN=

-660mmHg

SI

DESACTIVAR VENTURI

PRESIÓN=

-360mmHg

SI

AUMENTO DE

TEMPERATURA

ACONDICIONAMIENTOPRESIÓN:__

TEMP:__

ACTIVAR VALVULA DE AIREACION

“ELEVANDO LA PRESIÓN”

DESACTIVAR VALVULA DE

AIREACION

1

NO

NO

Ilustración 45 Diagrama F, Ciclo de plásticos para óxido de etileno Paso 1.

100

ACTIVAR VALVULA DEL

PISTON PARA ROMPER

AMPOLLETA

ESTERILIZANDO

TIEMPO RESTANTE:__

PRESIÓN:__

TEMPERATURA:__

1

SI

DESACTIVAR

TERMORESISTENCIAS

TEMP < 35° C

NO

ACTIVAR

TERMORESISTENCIAS

SI

TEMP > 39°C

NO

NO

SI

ACTIVAR: EYECTOR

(POR 5 SEG)

DESACTIVAR: VALVULA DE

AIREACION

NO

ACTIVAR: VALVULA DE

AIREACION

(POR 5 SEG)

DESACTIVAR: EYECTOR

SI

PRESION > -340mmHg

TIEMPO = 6

HORAS

NO

PRESION > -380mmHg

NO

AIREACIÓN

TIEMPO RESTANTE:__

ACTIVAR VENTURI

(EXTRACCION DE GAS)

PRESIÓN=

-660mmHg

NO

SI

SE DESACTIVAN LAS RESISTENCIAS Y

LA VALVULA DE AIREACION

2

Ilustración 46 Diagrama F, Ciclo de plásticos para óxido de etileno Paso 2.

101

DESACTIVAR VENTURI

ACTIVAR VALVULA DE

AIREACION (POR 4

SEG)

TIEMPO =

12 HORAS

NO

DESACTIVAR VALVULA DE

AIREACION

ACTIVAR VENTURI

(POR 4 SEG)

DESACTIVAR VALVULA DE

AIREACION Y VENTURI

ESTERILIZACIÓN

COMPLETA

FIN DEL CICLO

REGRESO AL MENU

PRINCIPAL

SI

“2 MINUTOS DESPUES”

“2 MINUTOS DESPUES”

2

PRESION < 700 mmHg

O

TEMP > 22°C

SI

NO

Ilustración 47 Diagrama F, Ciclo de plásticos para óxido de etileno Paso 3.

102

4.3.4 Secuencia de operación de paro de emergencia.

El protocolo de emergencia explica los pasos que se siguen en dado caso que se

oprima el botón de paro de emergencia son importar en que parte de del proceso de

esterilización se encuentre; se anulara la esterilización y se permitirá al usuario retirar

el material lo más rápido posible.

En la Ilustración 48 se muestra en forma de diagrama el protocolo que sigue la

autoclave en caso de activar el botón de paro de emergencia en cualquier ciclo de

vapor. En él se considera la temperatura para ejecutar las acciones correspondientes.

INICIO

“PROCESO

ACTIVO”

PARO DE

EMERGENCIA

ACTIVADO

NO

“PARO DE

EMERGENCIA”

SI

SE ANULA EL PROCESO

DE ESTERILIZACIÓN

DESACTIVA

TERMORRESISTENCIA

PRINCIPAL

“FIN DEL PARO DE

EMERGENCIA”

FIN

ACTIVAR VENTURI

POR 5 SEGUNDOS

VENTURI

DESACTIVADO

NO

SI

ACTIVAR VÁLVULA

DE AIREACIÓN POR 5

SEGUNDOS

TEMP < 25° C

NO

DESACTIVAR VÁLVULA

DE AIREACIÓN Y

VENTURI

AIREACIÓN

VÁLVULA DE

AIREACIÓN

DESACTIVADA

SI

NO

ACITIVAR VÁLVULA

DE SECADO

TEMP = 50° C

NO

1

1

SI

PROCESO DE

LIQUIDOS

NO

SI

ACTIVAR VENTURI

POR 2 SEGUNDOS

VENTURI

DESACTIVADO

NO

SI

ACTIVAR VÁLVULA

DE AIREACIÓN POR 2

SEGUNDOS

TEMP < 25° C

NO

AIREACIÓN

VÁLVULA DE

AIREACIÓN

DESACTIVADA

SI

NO

SI

Ilustración 48 Protocolo de emergencia para vapor.

En la Ilustración 48 se muestra el protocolo que sigue la autoclave en caso de activar el

botón de paro de emergencia en cualquier ciclo del óxido de etileno. En él se considera

el tiempo de aireación para ejecutar las acciones correspondientes.

103

INICIO

“PROCESO

ACTIVO”

PARO DE

EMERGENCIA

ACTIVADO

NO

“PARO DE

EMERGENCIA”

SI

SE ANULA EL PROCESO

DE ESTERILIZACIÓN

DESACTIVA

TERMORRESISTENCIA

AUXILIAR

“FIN DEL PARO DE

EMERGENCIA”

FIN

ACTIVACIÓN DE

TEMPORIZADOR

ACTIVAR VENTURI

POR 5 SEGUNDOS

VENTURI

DESACTIVADO

NO

SI

ACTIVAR VÁLVULA

DE AIREACIÓN POR 5

SEGUNDOS

TIEMPO=

2 HORAS

NO

SI

DESACTIVAR VÁLVULA

DE AIREACIÓN Y

VENTURI

AIREACIÓN

VÁLVULA DE

AIREACIÓN

DESACTIVADA

SI

NO

1

1

SE ROMPIO LA

AMPOLLETA

SI

NO

Ilustración 49 Protocolo de emergencia para óxido de etileno.

4.4 Conexiones al PLC.

4.4.1 Alimentación del PLC.

El PLC MicroLogix de la serie 1100 clase 1763-L16BWA se alimenta con 120/240V AC,

en la Ilustración 50 se muestran las protecciones termomagnéticas (TM), para que en

caso de que llegue a haber una sobrecarga las protecciones se boten e impidan el flujo

de corriente eléctrica, de igual forma se aprecia el botón de arranque (B.A.) el cual

tiene un mecanismo normalmente abierto (NA) y que al ser presionado energiza la

bobina MCR y esta a su vez se enclava con el Contactor MCR para mantenerse

energizada, otra función que tiene la bobina MCR es el de habilitar las entradas así

como las salidas y en caso de que se presione el botón de paro general del equipo PG

los contactores MCR que habilitan las entradas y salidas se abrirán, haciendo que se

deshabiliten las entradas y salidas del PLC.

104

También a la línea se conecta la fuente de la alimentación que transforma 120 volts a

24 volts, esta alimentara a las válvulas solenoide, válvula 5/2, Venturi y el contactor de

resistencias.

Además en el circuito se aprecia un contactor con la etiqueta “Resistencia” la cual es

manipulada desde una bobina también llamada “Resistencia” que está conectada a la

salida O/1 del PLC. La fuente externa es para alimentar elementos como lo son las

válvulas solenoides, el Venturi, la bobina “Resistencia”, los sensores y el switch

Ilustración 49.

Ilustración 50 Alimentación del PLC.

4.4.2 Entradas analógicas y digitales.

El PLC cuenta con 10 entradas digitales, de las cuales, 4 entradas son de “alta velocidad

(high-speed)” con su DC COM correspondiente (I/0, I/1, I/2, I/3) y 6 de velocidad

normal también con un DC COM (I/4, I/5, I/6, I/7, I/8, I/9); todas ellas son de 24V DC.

Además de contar con 2 entradas analógicas las cuales trabajan con un rango de

tensión que va de 0-10V DC y su común, cabe señalar que estas entradas analógicas se

deben conectar de la siguiente forma: las entradas IV1 e IV2 deberán tener conectado

el positivo (+) de la señal de entrada, mientras que el pin de IA COM deberá tener

conectado el neutro para así poder cerrar el circuito.

105

En la Ilustración 51se muestra el bloque de entradas analógicas y digitales del PLC,

además se muestran 2 bornes DC OUT ±24V del lado izquierdo de la figura los cuales

pertenecen a la fuente del PLC.

Ilustración 51 Entradas del PLC MicroLogix 1100.

Para este caso, se ocupa una entrada digital (I/0), la cual se conecta al switch ubicado

en la puerta de la autoclave, en donde es un switch normalmente abierto y cuando la

puerta esté cerrada se podrá dar inicio al ciclo de esterilización seleccionado. Esta

función es de gran ayuda, ya que funciona como un protocolo de seguridad y así evitar

accidentes (Ilustración 52).

Ilustración 52 Circuito eléctrico de entradas digitales.

Las otras dos entradas que se ocuparán son analógicas (IV1 e IV2) las cuales

pertenecen al sensor de presión y al sensor de temperatura respectivamente, en

donde el rango de presión y de temperatura estará dado por valores de tensión que

van de 0-10V DC Ilustración 53. Pt100 y PT (transmisor de presión).

Ilustración 53 Circuito eléctrico de entradas analógicas.

106

4.4.3 Salidas digitales.

El PLC MicroLogix 1100 cuenta con 6 salidas a relevador, cada una con su común VAC-

VDC esto es que la salida se le puede conectar corriente continua o alterna, sin exceder

2 Amperes de corriente, además en la parte izquierda se muestran los bornes de

alimentación del PLC L1 y L2 100-240 VAC y a la derecha de estos bornes está el de

tierra física para el drenaje de corrientes parásitas y/o excedentes Ilustración 54.

Ilustración 54 Salidas del PLC MicroLogix 1100.

Para el proyecto se utilizan 6 salidas, cada una energizada con 24V DC, 3 de estas

salidas son válvulas solenoides, una válvula 5/2, un Venturi que en su caso cuenta con

una electroválvula la cual se activa similar a una válvula solenoide y una bobina que al

ser energizada cerrará el contactor que antecede en la conexión a la resistencia, dichas

salidas están conectadas al PLC como se muestra en la Ilustración 55.

Ilustración 55 Circuito eléctrico de salidas digitales a relevador.

Para entender el funcionamiento del diagrama de flujo es necesario aclarar que

elementos comprenden las entradas y las salidas tanto físicas y digitales de la

autoclave híbrida para el PLC y de la HMI (Tabla 25).

107

Tabla 25 Entradas y salidas de la autoclave híbrida.

ENTRADAS SALIDAS

Digitales Analógicas Digitales

No. Nombre No. Nombre No. Nombre

I:0/0 Paro de

emergencia IV1

Sensor de

Presión

O:0/0 Válvula de aireación

O:0/1 Resistencias eléctricas

I:0/1 Interruptor

de puerta IV2

Sensor de

temperatura

O:0/2 Válvula de llenado

O:0/3 Válvula 5/2 o de

pistón

I:0/2 Interruptor

de arranque

O:0/4 Válvula de secado

O:0/5 Eyector Venturi

4.4.4 Diagrama de comunicación.

En la Ilustración 56 se muestra la conexión que se realizó para lograr la comunicación

de los diferentes componentes (PLC Micro Logix 1100, CPU y la HMI), para lograr esto

se utilizó el protocolo de comunicación Ethernet IP ya que permite el monitoreo de E/S

en tiempo real.

Ilustración 56 Comunicación Ethernet

108

4.5 Programación PLC.

4.5.1 Creación de un nuevo programa.

Para iniciar con la programación del PLC MicroLogix 1100 se necesita el software

RSLogix 500, el cual una vez que se abre muestra una pantalla como la Ilustración 57,

en donde se ve el fondo gris y con varios de los botones de herramientas inhabilitados.

Ilustración 57 Pantalla de inicio del RSLogix.

Para iniciar un nuevo proyecto e iniciar la programación correspondiente, será

necesario dar clic en “File” y posteriormente en “New” (Ilustración 58).

Ilustración 58 Creación de nuevo proyecto.

Posteriormente el mismo programa pedirá al usuario especificar el tipo, modelo o

versión del PLC que desea utilizar, apareciendo un listado con los PLC’s que se pueden

109

programar con dicho software, se selecciona y se procede a dar clic en “Ok” Ilustración

59.

Ilustración 59 Modelo de PLC a utilizar.

Una vez seleccionado el PLC en el software el fondo de este cambia de color a blanco y

los botones de herramientas se habilitan para su posterior uso; además se puede

observar en la Ilustración 60 la primera línea de programación la cual aparece por

default y cuanta con una bobina “end” que señala el fin del programa, pero solo

muestra ya que se puede comenzar con la programación en escalera.

Ilustración 60 Inicio de programación.

En la parte superior de la pantalla de trabajo se muestran la barra de los iconos como

los contactores, bobinas, contadores, temporizadores, subrutinas, etc., con los que se

programa el PLC (Ilustración 61).

Ilustración 61 Iconos de programación.

110

4.5.2 Descarga del programa al PLC.

El usuario tendrá que dirigirse a la barra de herramientas y en “Comms” y al dar clic

aparecerá un listado, posteriormente seleccionar la primer opción de esta lista

“SystemComms…” Ilustración 62.

Ilustración 62 Comunicación del PLC con la computadora.

Justo después de seleccionar dicha opción se desplegará una ventana emergente

llamada “Communications” y es justo aquí en donde se puede establecer la

comunicación para la descarga del programa. En la parte izquierda de esta ventana

aparecen las redes existentes en donde podemos establecer la comunicación, se

elegirá la dirección del PLC, dicha dirección se muestra en la parte derecha de la

ventana “Address”, una vez identificada la dirección se selecciona y se oprime la

opción de descarga “Download”, después de da clic en “Apply Project” el cual se

encuentra en la parte inferior y para finalizar se oprimirá la “Ok” Ilustración 63.

Ilustración 63 Seleccionar el PLC para descargar.

Hasta este punto el PLC ya tiene el programa en la memoria, ahora solo falta ponerlo

en linea “Online” y para esto será necesario dirigirse a la opción “Offline” que se

111

encuentra en la parte superior izquieda y dar clic en la flecha, aparecera un listado con

3 opciones, de las cuales se seleccionará “Go online” y aceptar las ventanas

emergentes Ilustración 64.

Ilustración 64 Poner el linea el PLC en la computadora.

4.6 Programación HMI.

4.6.1 Creación de un nuevo proyecto.

Para la programación de las pantallas de la HMI se iniciará con el botón “inicio” de la

barra de herramientas, posteriormente seleccionaremos el software Factory Talk View

Studio, este programa nos ayudará a ir diseñando las pantallas así como direccionar los

botones digitales y los indicadores que aparecerán en la HMI que llevará la autoclave

para que ejecuten las tareas programadas en RSLogix 500. Cuando se abra el

programa, éste desglosará la siguiente pantalla “NEW/Open Machine

EditionApplication”, en donde se tendrá que seleccionar “Machine Edition” y

posteriormente en “Continue” Ilustración 65.

112

Ilustración 65 Inicio FactoryView.

Inmediatamente el software pedirá al usuario que teclee el nombre del proyecto que

está a punto de crear en el espacio “Application name”, para este caso la aplicación se

nombró “AUTOCLAVEHIBRIDA”, una vez finalizado este paso se da clic en “Create”

Ilustración 66.

Ilustración 66 Crear nueva aplicación.

El programa cargará el nuevo proyecto con el nombre que se le asignó y se abrirá una

pantalla de color gris y del lado izquierdo se verá el proyecto que se creó tal como se

aprecia en la Ilustración 67.

113

Ilustración 67 Explorador de la aplicación.

Es en esta parte donde se trabajará para establecer una comunicación entre el

software de programación del PLC Micro Logix 1100 RSLogix 500 y Factory Talk View

Studio, y para esto se seleccionará la pestaña “Communication setup” para que

desgloce un menú de opciones Ilustración 68.

Ilustración 68 Configuración de la comunicación.

Antes del menú de opciones aparecerá una leyenda donde explica al usuario que un

archivo contiene información sobre los dispositivos, controladores y redes existentes,

para lo cual se tiene que seleccionar el origen del archivo, pero éste debe estar fuera

de línea para poder realizar los cambios; para lo cual se seleccionará la opción “Create

a new configuration file”, posteriormente el botón “Finalizar” Ilustración 69.

114

Ilustración 69 Nueva configuración.

Una vez concluidos estos pasos se abre una pantalla en donde se tendrá que añadir

con el botón “Add” el nombre que se ocupará para la comunicación, después se

oprimirá el botón “Apply” el cual se encuentra a la derecha de añadir. Posteriormente

se debe identificar la dirección IP (del PLC) en donde se descargará el programa de la

HMI, al término de estos pasos se verifica el proyecto con el botón “Verify”, aceptando

las ventanas emergentes para finalizar con el botón “Ok” Ilustración 70.

Ilustración 70 Aplicar aplicación.

4.6.2 Adición de pantallas.

Las pantallas son base importante para este proyecto ya que deben de tener un diseño

sencillo, entendible para el usuario y fácil de usar, además las pantallas tendrán

botones, los cuales son de gran importancia ya que con ellos se elegirán los ciclos de

operación para la autoclave, pasarán de una pantalla a otra, como lo son los botones:

115

menú (en donde se visualizaran ambos métodos de esterilización seleccionados para

esta propuesta), los ciclos (textiles, vidrio, metal con filo o sin filo, plásticos, etc.),

cancelar (si es que elegimos accidentalmente un ciclo erróneo).

Para la creación de estas pantallas se tendrá que ubicar la pestaña de “Graphics” la

cual se encuentra en la parte izquierda de la pantalla, en la parte inferior se encuentra

“Displays” se le dará clic secundario y aparece un listado de opciones, en dicho listado

se selecciona “New” con la finalidad de crear una nueva pantalla para configurarla

según las necesidades requeridas Ilustración 71.

Ilustración 71 Crear nueva pantalla.

A continuación se abrirá una pantalla en blanco con el nombre de

“AUTOCLAVEHIBRIDA”, este nombre se configuró al crear un nuevo proyecto.

4.6.3 Creación de botones.

Los botones en el HMI servirán para manipular la autoclave, desde seleccionar el

proceso, iniciar la esterilización, cancelar la esterilización, etc. Por lo tanto estos serán

de vital importancia.

Para agregar las herramientas necesarias a la pantalla de la autoclave, se

implementará un botón para lo cual hay que ir a la barra de herramientas, en la

pestaña “Objects”, y se da clic en la opción “Maintained” Ilustración 72.

116

Ilustración 72 Crear botón mantenido.

El cursor cambiará de forma y es justo ahí cuando se puede crear el botón, con las

dimensiones que el usuario desee. Posteriormente con el clic secundario se

seleccionará las propiedades del botón que se creó, en la ventana emergente hay una

pestaña “General” y es para cambiar propiedades básicas del botón creado, al lado

derecho se encuentra la pestaña “States”, en esta encontraremos:

1.- El valor que tendrá nuestro botón así como su color.

2.- Donde se tendrá que ingresar el nombre que tendrá el botón.

Las demás opciones son para cambiar el tamaño, el tipo de letra que llevara la etiqueta

del botón, transparencia, etc. Ilustración 73.

Ilustración 73 Propiedades del botón mantenido.

117

Para el direccionamiento de los botones que funcionaran como entradas se tiene que

seleccionar la pestaña “Connections”, inmediatamente después se dará clic en el

botón “Tag” y emergerá una pequeña pantalla “Tag Browser” se da clic secundario

sobre la opción “AUTOCLAVEHIBRIDA” y después en “Refresh All Folders”, para que

aparezcan las entradas, salidas, bits, contadores, timers, todo lo que se utilizó en la

programación del PLC con el software RSLoix 500 Ilustración 74.

Ilustración 74 Direccionamiento de Botones 1.

Para este paso se puede observar como ya se actualizaron todos los datos de los

folders y al seleccionar una carpeta, en este caso “B3”se aprecian los bits que se están

ocupando en el programa y al seleccionarlo, la tag tomará dicho direccionamiento

(B3:1/0). Cada vez que se oprima este botón en la HMI, el programa del PLC activara la

entrada B3:1/0 y hará su función Ilustración 75.

Ilustración 75 Direccionamiento de Botones 2.

118

4.6.4 Adición y configuración de indicadores en la HMI.

Los indicadores al igual que los botones que se ocuparán en la HMI son muy

importantes, ya que gracias a ellos se estará monitoreando en todo momento del

proceso de esterilización, así como la temperatura y presión que hay dentro de la

cámara de la autoclave, esto para que el usuario tenga la certeza de que la

esterilización se lleve de forma correcta y segura.

Para agregar un indicador se tiene que ir a la barra de herramientas del software

Factory Talk View Studio y oprimir el botón de “Objects” y posteriormente oprimir

“Numeric and string”, esta opción despliega un listado de indicadores y para este caso

se seleccionará “Numeric Display”, tal y como se muestra en la Ilustración 76.

Ilustración 76 Crear indicador numérico.

Cuando este paso se ejecute, el cursor cambiará su forma y se procederá a crear el

indicador del tamaño que se desee, el indicador se verá similar a la Ilustración 77.

Ilustración 77 Indicador numérico básico.

Una vez que tengamos el indicador en la pantalla de trabajo, se dará clic secundario

para abrir un menú, se seleccionará “Properties” para abrir la ventana en donde se

configurará el indicador.

Es justamente en esta ventana donde se seleccionará la pestaña “connections” para

poder asignarle un “Tag” y así direccionar los datos que se quieren estar leyendo; al

oprimir este botón se abrirá a un costado otra ventana, con las direcciones del

programa que podemos utilizar y así monitorearla Ilustración 78.

119

Ilustración 78 Direccionamiento del indicador 1.

En esta segunda ventana se aprecian las entradas que se pueden seleccionar, las

cuales se ocupan en el programa, para este caso se direccionará al indicador la entrada

I:0.4 y aparecerá como en la Ilustración 79.

Ilustración 79 Direccionamiento del indicador 2.

4.6.5 Direccionamiento de pantallas.

La implementación de este tipo de botones servirá para navegar de una pantalla a

otra, como por ejemplo: en la pantalla inicial se mostrará el botón “Menú” el cual

llevará a la pantalla que muestra ambos métodos de esterilización, para la elección de

uno; y estos a su vez también llevarán a otra pantalla que muestra los distintos

materiales que se pueden esterilizar con el método seleccionado. Para crearlos se

120

necesita ir a “Objects” y después a “Display Navegation”, esta opción abre un listado

de 3 distintos tipos de navegación, y para este caso se seleccionara el de “Goto”

Ilustración 80.

Ilustración 80 Botón de navegación.

Posteriormente se abrirá una ventana que contiene las configuraciones del botón, para

esto, se seleccionará la pestaña “General” y en la opción de “Display” se dará clic, al

hacerlo emergerá un listado de las pantallas que se han creado y es aquí en donde se

tendrá que seleccionar la pantalla a la que se quiere ir una vez presionado el botón,

además el color del botón también se podrá cambiar en esta ventana Ilustración 81.

Ilustración 81 Direccionamiento de botón de navegación.

Para la etiqueta que llevará el botón de navegación se selecciona la pestaña “Lebel”,

aquí se puede cambiar el tipo de letra, la medida del botón, hasta una imagen que se

le desee agregar Ilustración 82.

121

Ilustración 82 Propiedades del botón de navegación.

4.6.6 Asignación de la pantalla principal.

Para la selección de la pantalla principal se tendrá que seleccionar “Startup” que se

encuentra en la parte izquierda de la pantalla, al darle clic desplegará una pantalla y se

tendrá que oprimir en el cuadro blanco de la opción “Inicial graphic” hasta que

aparezca una “palomita”, posteriormente se dará clic en la flecha para que aparezca

un listado de todas las pantallas existentes en el proyecto y solo basta seleccionar la

que se quiera mostrar como principal o inicial Ilustración 83.

Ilustración 83 Asignación de pantalla principal.

Para compilar el proyecto y ver si está bien o se tienen errores ocuparemos los

siguientes botones:

Ilustración 84 Botones de compilación.

122

Los cuales aparecen en la parte superior de la barra de herramientas, si el proyecto

tiene algún error el software mostrará un mensaje y si no es el caso se puede correr

una simulación de la HMI con los siguientes botones de selección:

Ilustración 85 Botones de simulación.

A continuación se muestra la Ilustración 86como queda una de las pantallas que se

diseñaron para la HMI que llevará la autoclave, dicha pantalla es la de selección de los

métodos de esterilización posibles en la autoclave.

Ilustración 86 Ejemplo de una pantalla.

123

Capítulo 5 Pruebas y Resultados.

5.1 Menús de la autoclave híbrida.

Para la programación del PLC y el diseño de las pantallas que llevará el HMI de la

autoclave híbrida se utilizó como base el diagrama de flujo. Para la realización de la

pruebas se utilizaron únicamente dos ciclos (Tabla 26). Cabe señalar que las pruebas

realizadas son únicamente del programa en PLC.

Tabla 26 Ciclos de prueba.

CICLO TEMPERATURA DE

ESTERILIZACIÓN PRESIÓN

TIEMPO DE

ESTERILIZACIÓN

TIEMPO DE SECADO /

TIEMPO DE AIREACIÓN

Instrumental

metálico sin filo

VAPOR

132°C Positiva 20 minutos 20 minutos

Plásticos

ÓXIDO DE

ETILENO

37°C Negativa 3 horas 9 horas

En las siguientes imágenes se logran visualizar la programación lógica en diagrama

escalera y las pantallas del HMI para operar la autoclave híbrida, además de una breve

explicación de ellas.

En la Ilustración 87se observa la pantalla de inicio, donde aparece el nombre de la

empresa en la parte superior (al igual que en las demás pantallas pero más pequeño), y

en la parte inferior aparecerá un botón de selección “MENÚ”, el cual al presionarlo

mandará inmediatamente a la siguiente pantalla que es el menú de selección de

proceso.

Ilustración 87 Pantalla de inicio.

124

En la pantalla de menú de selección (Ilustración 88), se muestra la leyenda

“SELECCIONE EL MÉTODO DESEADO PARA LA ESTERILIZACIÓN” y debajo de ella

aparecen las 2 opciones de selección que se tienen para esterilización, ya sea por

Vapor pre-vacío u Óxido de etileno (bits B3:1/0 y B3:1/2).

Ilustración 88 Menú de selección de proceso.

En la Ilustración 89se muestra en diagrama escalera (D.E.) el encendido de la autoclave

y el menú principal, la cual permite la selección de del tipo de esterilización (proceso

de vapor u óxido de etileno). Como se observa, es necesario presionar el botón de

arranque para activar el bit (bit de memoria interna del PLC) y dará inicio a todo el

sistema, también activa el bit de INICIO DE OPERACIÓN, el cual va a permitir que

seleccione cualquiera de los procesos. Los bits B3:1/0 y B3:1/2 están direccionados a

los botones de entrada del HMI, estos al ser seleccionados encienden otro bit que

mandan llamar una subrutina dentro del PLC (U:4 el de vapor y U:5 el óxido de

etileno), además de cambiar de pantalla en la HMI. Esto quiere decir que al presionar

estos botones instantáneamente el programa ejecutara únicamente la subrutina del

proceso seleccionado y bloquea la otra para que no se ejecute mientras este activada.

125

Ilustración 89 Selección de proceso de esterilización.

Si se seleccionó el proceso de vapor, se habilita un menú parecido al mostrado en la

figura en anterior, entonces aparece la HMI la Ilustración 90, en la cual se observa el

menú de “VAPOR POR PRE-VACIO” que solicitará una nueva elección con entradas

digitales para los diferentes materiales con seleccionadores para la esterilización de

textiles, líquidos, vidrio, metal sin filo, gomas y guantes y la opción de cancelar para

regresar al menú principal.

Ilustración 90 Menú de vapor por pre-vacío.

Para el llamado de cada uno de estos los ciclos, la HMI tiene direccionados 6 bonotes

para activar dichos ciclos en el PLC (cada bit tiene asignado un botón Tabla 27).

Tabla 27 Bits del ciclo de vapor.

Bit Botón

B3:1/4 Textiles

B3:1/5 Metal sin filo

B3:1/6 Vidrio

B3:1/7 Líquidos

B3:1/8 Gomas y guantes

B3:1/14 Cancelar

126

En la Ilustración 91 se muestra el D.E. del menú de selección de ciclos de vapor por

pre-vacío (Subrutina U:4). Esta subrutina al ser llamada activara el bit de ACTIVACION

DE MENU VAPOR, el cual está presente en cada línea de esta subrutina, para el caso de

que no se seleccione esta opción no se podrán activar estos ciclos. El objetivo de esta

sección hacer la selección de los ciclos de esterilización que tiene el proceso de vapor.

Cuando se elige cualquiera de estos bits activa un bit de memoria que llamará a una

nueva subrutina para ejecutar su operación al hacerlo deshabilita las demás subrutinas

y por ende no se podrán activar los demás ciclos. Además se cuenta con un botón de

cancelar que desactiva la subrutina y regresa el programa al menú principal. En los

últimos renglones se muestran los llamados de las subrutinas que activa el ciclo

seleccionado.

127

Ilustración 91 Menú de selección de ciclos de vapor por pre-vacío.

Si se seleccionó el proceso de óxido de etileno, se habilita el menú para seleccionarlos

ciclos por medio de entradas digitales del HMI, en la cual se observa el menú de

“ÓXIDO DE ETILENO” con seleccionadores para la esterilización de plásticos, prótesis,

implantes, instrumental óptico, metal con filo y la opción de cancelar para regresar al

menú principal Ilustración 92.

Ilustración 92 Menú de óxido de etileno.

Para el llamado de cada uno de estos los ciclos, la HMI tiene direccionados 6 bonotes

para activar dichos ciclos en el PLC (cada bit tiene asignado un botón Tabla 28).

Tabla 28 Bits del ciclo de óxido de etileno.

Bit Botón

B3:1/9 Plásticos

B3:1/10 Metal con filo

B3:1/11 Prótesis

B3:1/12 Instrumental óptico

B3:1/13 Implantes

B3:1/14 Cancelar

128

En el caso de seleccionar el proceso óxido de etileno (Subrutina U:5), se llamará la

subrutina del menú de selección de ciclos óxido de etileno, la cual activará el bit de

“ACTIVACION DE MENU ETO”, este se encuentra presente en cada línea de esta

subrutina, para el caso de que no se seleccione esta opción no se podrán activar estas

opciones. Al igual que el menú anterior, el objetivo es hacer la selección de los ciclos

de esterilización pero ahora para el óxido de etileno y cuando se elige cualquiera de

estos bits llamará a una nueva subrutina y bloqueará las otras y ejecutara su

programación correspondiente. También cuenta con un botón de cancelar para

cancelar la subrutina y regresar al menú principal Ilustración 93.Seleccionando

cualquiera de los ciclos se deshabilitan las otras opciones.

Ilustración 93 Menú de selección de ciclos óxido de etileno.

129

5.2Prueba de vapor.

Para la prueba de vapor se eligió el ciclo de instrumental sin filo (metal sin filo).

Cuando se selecciona este ciclo en la autoclave primero mostrará un recordatorio

“REVISE QUE LA AUTOCLAVE CONTENGA AGUA” Ilustración 94, y por debajo se

muestran 2 botones de selección, el primero de “OK” para avanzar al siguiente paso

del proceso o “CANCELAR” para detener el proceso y llevar a la pantalla de menú de

vapor.

Ilustración 94 Revisión del nivel de agua.

Al oprimir el botón “OK” en la pantalla aparecerá un mensaje “CERRAR LA

AUTOCLAVE” para poder iniciar el proceso de esterilización (Ilustración 95), mientras el

usuario no cierre la puerta, la pantalla no cambiará y solo desplegará un botón de

selección “CANCELAR” el cual lleva a la pantalla de menú de vapor.

Ilustración 95 Cerrar la autoclave.

Cuando el usuario ha cerrado la puerta, automáticamente iniciará el

acondicionamiento dentro de la cámara y desplegará en la pantalla

“ACONDICIONAMIENTO” y el valor de la temperatura para poder visualizar el correcto

funcionamiento de la autoclave (Ilustración 96). El mensaje “NO ABRA LA PUERTA” se

muestra para que ninguna persona abra la puerta cuando el proceso se esté llevando a

cabo.

130

Ilustración 96 Acondicionamiento de vapor.

En la Ilustración 97 se aprecia el diagrama escalera de la etapa de acondicionamiento

para el ciclo metal sin filo. En el primer renglón se observa la habilitación de la

subrutina.

131

Ilustración 97 Acondicionamiento del ciclo de instrumental o metal sin filo.

Una vez que termina el acondicionamiento de la cámara se desplegará en la pantalla

“ESTERILIZANDO” junto con el monitoreo de la temperatura y su tiempo restante, el

cual varía para cada tipo de material a esterilizar, pero los pasos son los mismos

(Ilustración 98).

Ilustración 98 Esterilizando del ciclo vapor.

En la Ilustración 99 se aprecia el diagrama escalera la etapa del tiempo de exposición

para el ciclo metal sin filo.

132

Ilustración 99 Tiempo de esterilización de vapor.

Cuando el tiempo de exposición termina, el material tiene que secarse, es por ello se

despliega el mensaje de “SECANDO”, y este terminará cuando se llegue a una

temperatura de 22°C (Ilustración 100).

Ilustración 100 Secando de vapor.

En la Ilustración 101 se aprecia el diagrama escalera la etapa del tiempo de secado

para el ciclo metal sin filo.

133

Ilustración 101 Tiempo de secado de vapor.

Una vez que la autoclave haya terminado de esterilizar los materiales, se despliega el

mensaje “MATERIAL ESTERILIZADO” y una leyenda de “PUEDE ABRIR LA PUERTA” la

cual indica que ya es seguro retirar el material esterilizado (Ilustración 102).

Ilustración 102 Material esterilizado vapor.

En la Ilustración 103 se aprecia el diagrama escalera del fin de ciclo del metal sin filo.

Ilustración 103 Fin de ciclo de vapor.

134

5.3 Prueba de óxido de etileno.

Para la prueba de óxido de etileno se eligió el ciclo de plásticos, cuando se selecciona

previamente antes de iniciar con el proceso mostrará un recordatorio al usuario de

“INTRODUZCA LA AMPOLLETA” (Ilustración 104), después de presionar “OK”, la

pantalla cambiará automáticamente a un mansaje de “CIERRE LA AUTOCLAVE”

(Ilustración 105), una vez cuando se cierre la autoclave comenzara el ciclo de

esterilización.

Ilustración 104 Introduzca la ampolleta.

Ilustración 105 Cierre la autoclave.

En la Ilustración 106 se aprecia como la autoclave ya inició con el

“ACONDICIONAMIENTO” y se muestra el monitoreo de la temperatura (la cual cambia

dependiendo del material, ya que puede requerir la esterilización con ciclo frío o ciclo

caliente) además de la presión.

135

Ilustración 106 Acondicionamiento de óxido de etileno.

En la Ilustración 107 y 108 se aprecia el diagrama escalera de la etapa de

acondicionamiento para el ciclo de plásticos.

Ilustración 107 Acondicionamiento del ciclo de plásticos 1.

136

Ilustración 108 Acondicionamiento del ciclo de plásticos 2.

Cuando dentro de la cámara se llega a las condiciones establecidas, empezará con la

esterilización y la HMI mostrara “ESTERILIZANDO”, sin dejar de monitorear las

variables presión y temperatura para que el usuario sepa lo que está pasando en todo

momento, además de mostrar el tiempo restante de la esterilización (Ilustración 109).

Ilustración 109 Esterilizando de óxido de etileno.

En la Ilustración 110 se aprecia el diagrama escalera de la etapa de tiempo de

exposición o para el ciclo de plásticos.

137

Ilustración 110 Tiempo de exposición del ciclo de plásticos.

Al terminar el proceso de esterilización sigue la extracción del gas, el cual se hace

mediante unos pulsos de “AIREACIÓN”, se mantiene el monitoreo de las variables

anteriormente dichas para su observación (Ilustración 111).

138

Ilustración 111 Aireación.

En la Ilustración112 se aprecia el diagrama escalera de la etapa de aireación o para el

ciclo de plásticos.

Ilustración 112 Aireación del ciclo de plásticos.

139

Una vez que la autoclave haya terminado de esterilizar los materiales, se despliega el

mensaje “MATERIAL ESTERILIZADO” y una leyenda de “PUEDE ABRIR LA PUERTA” la

cual indica que ya es seguro retirar el material esterilizado (Ilustración 113).

Ilustración 113 Material esterilizado óxido de etileno.

En la Ilustración 114 se aprecia el diagrama escalera del fin de ciclo de plásticos.

Ilustración 114 Fin de ciclo óxido de etileno.

5.4 Pantallas del HMI en paro de emergencia.

Cuando la autoclave esté en pleno proceso de esterilización, el usuario puede

cancelarla en cualquier momento que se presente un incidente o necesite detener la

operación por causas ajenas, esto se logra con el paro de emergencia, el cual se podrá

oprimir sin importar en que parte del proceso se encuentra la autoclave.

Cuando se oprima el botón de paro de emergencia el equipo desplegará una pregunta

al usuario sin detener el preoceso ya que puede que el boton se halla oprimido por

accidente, dicha pregunta va acompañada por 2 botones uno con la respuesta SI en

caso de querer parar la esterilización y otro con la respuesta NO en caso de que el

usuario halla oprimido el botón accidentalmente (Ilustración 115).

140

Ilustración 115 Paro de emergencia.

La Ilustración 116 se muestra la pantalla cuando el usuario haya oprimido la respuesta

SI de la Ilustración 115, en este caso la autoclave empezará con la extracción del vapor

o el gas óxido de etileno dependiendo de cuánto tiempo estuvo el material (en el caso

de método químico) y apagará las resistencias, hasta alcanzar una temperatura

ambiente.

Ilustración 116 Cancelando esterilización.

Cuando la cámara de la autoclave este en las condiciones seguras de temperatura y

tiempo de aireación (dependiendo el ciclo) entonces la autoclave desplegará la

pantalla que se muestra en la Ilustración 117.

Ilustración 117 Fin del paro de emergencia.

141

5.5 Resultados.

La programación de la autoclave tiene un protocolo de seguridad que no permite que

se seleccione cualquier ciclo hasta que la puerta no se encuentre cerrada, durante este

tiempo se muestra en la HMI un mensaje al usuario para que cierre la puerta para dar

inicio. Esta acción es vital para la seguridad del operador y el material. Una vez cerrada

la puerta el interruptor de límite manda una señal al PLC para poder activar su

funcionamiento.

Los resultados explicados a continuación son para el ciclo de instrumental o metal sin

filo para vapor por prevacío y para plásticos en el caso del óxido de etileno.

Al realizar la simulación del programa se tuvieron los siguientes resultados en cada una

de las etapas del proceso.

5.5.1 Proceso de vapor por prevacío.

Acondicionamiento.

Con el programa se logra el llenado de la cámara con la cantidad necesaria de agua del

depósito, para que durante el proceso de esterilización el vapor se mantenga saturado.

Con el calentamiento producido por las resistencias se va elevando la temperatura, y al

llegar a los valores de 50°C y 80°C el equipo realizará un vacío respectivamente,

extrayendo el aire para que quede el vapor solamente. En este proceso al generar el

vacío disminuye la presión y por ende la temperatura, al realizar esta operación una

vez el programa lo registra y por lo tanto al detectar por segunda vez el aumento de

estas variables el equipo pasará por alto la ejecución del vacío y seguirá el proceso

hasta llegar a los valores indicados para la esterilización. El acondicionamiento del

equipo no tiene un tiempo determinado, ya que dependerá principalmente de altitud

donde esté ubicado y el tiempo que la resistencia convierta el agua en vapor.

En la siguiente Ilustración 118 se muestra el comportamiento de la temperatura en la

fase del acondicionamiento dentro de la cámara, en donde se aprecian en los

recuadros como desciende la temperatura al realizar los 2 vaciós previos a la

esterilización.

142

Ilustración 118 Gráfica de prueba de acondicionamiento de vapor.

Exposición.

Es esta etapa que dura entre 20 y 30 minutos, el programa permite de manera

confiable mantener las condiciones de temperatura para hacer una buena

esterilización. Esto es mantener el valor la temperatura entre 130°C y 134°C que

permite la NOM-020-STPS-2002. Para lograrlo cuando se llega al valor de 134°C se

expulsa vapor hacia el depósito hasta que el valor sea de 130°C y se cierra, para así

permitir de nuevo elevar la temperatura dentro de la autoclave. Como la temperatura

es una variable lenta, se ejecutan pocas veces estos pasos, repitiéndose

continuamente hasta que se cumpla el tiempo de esterilización. El programa mantiene

sin ningún problema las condiciones para la esterilización. La HMI muestra el valor de

la temperatura siempre en pantalla (Ilustración 119).

Ilustración 119 Gráfica de prueba de exposición de vapor.

Secado.

Cuando el proceso de esterilización ha terminado, la autoclave manda un mensaje que

le indica al operador que debe de esperar antes de abrir el equipo, durante la etapa de

143

secado se envía el vapor al depósito para su condensación con la apertura de la válvula

de secado, liberando así un poco de presión y disminuir la temperatura, esta tarda un

poco más de lo esperado, pero con el conjunto de pulsos de aireación se llega

fácilmente al valor de 22°C para poder retirar el material sin riegos de quemadura para

el usuario(Ilustración 120).

Ilustración 120 Gráfica de prueba de secado de vapor.

Cuando se oprimía el botón cancelar de la HMI o el paro de emergencia, durante la

ejecución del ciclo, el programa se interrumpe y activa el proceso de secado por

seguridad.

Ahora a continuación se presentan los resultados en cada una de las etapas del

proceso de óxido de etileno.

5.5.2 Proceso de óxido de etileno.

Acondicionamiento.

Para el proceso del óxido de etileno intervienen las variables de presión y temperatura

al mismo tiempo. Pero para llegar a las condiciones iníciales necesarias solo se realiza

succiones de aire por el eyector Venturi para llevar a la cámara a la presión de -660

mmHg, después le hace una inyección de aire para elevar al valor de -360 mmHg y así

poder romper la ampolleta. La velocidad en la que se realice la succión depende

totalmente de la capacidad de succión del eyector. Al romperse la ampolleta se

energizan las resistencias para manipular el valor de la temperatura (Ilustración 121).

144

Ilustración 121 Gráfica de prueba de acondicionamiento óxido de etileno.

Exposición.

Como las condiciones de exposición del óxido de etileno varían en temperatura y

presión de acuerdo al ciclo, el mantener dichos valores a las condiciones requeridas

durante varias horas es difícil. Pero el programa de la autoclave híbrida mostró que

logra mantener de manera efectiva las variables al mismo tiempo. El principal

problema es que al accionar el eyector Venturi o la válvula de aireación en conjunto

con las resistencias, la presión cambia más rápido que la temperatura, por lo que el

calentamiento de la cámara se ve afectado continuamente haciendo que las

resistencias se energicen más de lo esperado. También con las activaciones regulares

de la válvula de aireación para liberar brevemente la presión, se cree que poco a poco

se va expulsando cantidades de óxido de etileno que afecta a la buena esterilización.

Es necesario trabajar en esta etapa para asegurar un correcto proceso de esterilización

(Ilustración 122).

Ilustración 122 Gráfica de prueba de exposición óxido de etileno.

145

Aireación.

Después de la exposición el eyector Venturi se activa y rápidamente genera la succión

que expulsa todo el aire que queda en la cámara, para después hacer los pulsos de

aireación durante 12 horas. El comportamiento del equipo en esta etapa no presenta

ningún problema. En la aireación no se toman en cuenta los valores de temperatura y

presión ya que el objetivo es únicamente quitarle el óxido de etileno excedente al

material (Ilustración 123).

Ilustración 123 Gráfica de prueba de aireación óxido de etileno.

Si se oprime el botón cancelar de la HMI o el paro de emergencia, mientras está

corriendo un l ciclo, el programa se interrumpe y activa el Venturi para hacer la succión

del gas y posteriormente se desactivaba para dar paso a la aireación, estos pulsos se

llevan a cabo por un largo periodo para desalojar el óxido de etileno de la cámara y del

objeto a esterilizar.

5.5.3 Comparación de las autoclaves.

Comparado con la autoclave 2040M con la híbrida, esta no puede generar ningún tipo

de vacío, su manipulación de temperatura no es totalmente confiable por ser manual,

no posee el dominio de la presión y no cuenta con el método de óxido de etileno. La

autoclave híbrida permite asegurar que el material quede completamente esterilizado

por sus componentes y al ejecutar correctamente de su programa.

La autoclave 2040M no puede generar ningún tipo de vacío, su manipulación de

temperatura no es totalmente confiable por ser manual, ya que si el usuario no está

familiarizado con el equipo y no tiene conocimiento de las condiciones de tiempo y

temperatura necesarios es posible que el material no se esterilice correctamente,

además no cuenta con el método de óxido de etileno.

Para el caso de la autoclave híbrida, permite asegurar que el material quede

completamente esterilizado por sus componentes y la correcta ejecución de su

146

programa, ya que tiene programados los distintos ciclos de esterilización con sus

condiciones establecidas para cada material esterilizar dependiendo el método, con el

fin de cuidar la integridad de los materiales, siendo mucho más eficaz y cuidadoso que

el 2040M.

En la Tabla 29 se hace una comparación entre la autoclave EBP Modelo 2040M y la

Autoclave Híbrida.

Tabla 29 Comparación de autoclaves.

Autoclave Características

de vapor

Características

de óxido de etileno

EBP 2040M

Interruptor de On/Off. Indicador lumínico On/Off.

Apertura de la puerta manual. No cuenta con seguridad de puerta

cerrada. Tiempos de llenado, exposición y

secado manual. Apertura y cierre de válvula de llenado

y drenaje manual. Manómetro análogo.

Termostato.

No aplica.

Híbrida

Tiempos de llenado, exposición y secado programados.

Apertura de válvulas para llenado, secado automático.

Tiempos de exposición y aireación programados.

Apertura de válvulas para aireación, presión, Venturi y pistón

automático.

Interruptor de On/Off. Indicador lumínico On/Off.

Apertura de la puerta manual. Interruptor puerta cerrada.

Menú de materiales. Ciclos programados.

Sensor de temperatura RTD. Indicadores de presión y temperatura en HMI.

Paro de emergencia.

147

5.6 Costos y beneficios de fabricación de la Autoclave Híbrida.

Los costos y los beneficios dentro de un proyecto son los que ayudan a determinar si

este mismo es realizable, rentable, viable y factible. Por este motivo a continuación se

presenta los precios de la autoclave híbrida para dar una idea general de la inversión

necesaria para realizar el proyecto así como el beneficio del mismo.

5.6.1 Catálogo de conceptos.

En la Tabla 30 se muestran el catálogo de concepto donde se enuncian los

componentes previamente seleccionados, el número requerido de cada uno, el

nombre de la compañía donde se relazaría la compra para el prototipo de la autoclave

híbrida, el precio tiene incluido el impuesto al valor agregado (en pesos mexicanos,

MXN).

Tabla 30 Cotización de elementos3.

Numero Concepto / Proveedor o Fabricante Cantidad Precio de

lista Precio Total

1 Pistón Neumático / SMC Corporation 1 $ 2,373.10 $ 2,373.10

2 Válvula de alivio / SWAGELOK 1 $ 359.69 $ 359.69

3 Eyector Venturi / CAMOZZI S.A de C.V 1 $ 2,507.66 $ 2,507.66

4 Válvula Solenoide / TUNING 3 $ 639.20 $ 1,917.60

5 Válvula 5-2 / AIRTAG AUTOMATIC

INDUSTRIAL 1 $ 1,067.76 $ 1,067.76

6 Unidad de servicio o mantenimiento /

AIRTAC AUTOMATIC INDUSTRIAL 1 $ 949.35 $ 949.35

7 PLC MicroLogix 1100 ALLEN BRADLEY /

Risoul y Cia S.A. de C.V. 1 $ 7,609.57 $ 7,609.57

8 HMI Panel View C400 ALLEN BRADLEY /

Risoul y Cia S.A. de C.V. 1 $ 5,553.07 $ 5,553.07

9 Sensor de presión / MDPC Dwyer 1 $ 1,435.65 $ 1,435.65

10 Sensor de temperatura PT100 1 $ 1,740.87 $ 1,740.87

11 Interruptor de límite / CNTD 1 $ 404.84 $ 404.84

12 Fuente de alimentación / Schneider 1 $354.09 $354.09

TOTAL $ 25,205.49

3 Algunos precios fueron convertidos en pesos mexicanos con el valor del dólar del 10 de Junio del 2014

($13.04).

148

5.6.2 Costo total de la Autoclave Híbrida.

Además de los costos de los nuevos componentes, es necesario tener en cuenta los

implementos adicionales del equipo, que tiene un costo aproximado de $3,700.00.

También se toma en cuenta el costo de los componentes no removidos de la autoclave

EBP 2040M, estos comprenden aproximadamente de $7,500.00. Más la mano de obra

y el necesaria para su fabricación que aproximadamente de $12,000.00 (Tabla 31).

Tabla 31 Costos la autoclave hibrida.

Nuevos componentes $ 25,205.49 MXN

Implementos adicionales $ 3,700.00 MXN

Componentes 2040M $ 7,500.00 MXN

Mano de obra $ 12,000.00 MXN

TOTAL: $ 40,405.49 MXN

Esto nos demuestra que el costo aproximado para la fabricación de la autoclave

híbrida, es de $40,500.00 MXN.

5.6.3 Beneficios de la Autoclave Híbrida.

En cuestiones de espacio, se logra reducir éste en los hospitales, ya que si se desea

tener ambos métodos de esterilización en una misma área actualmente es necesario

confinar dos espacios para las autoclaves, detalle que con la autoclave híbrida solo se

requiere un equipo. Además que para los clientes es preferible hacer una sola compra

para tener una autoclave capaz de esterilizar un mayor número de materiales y no dos

autoclaves con diferentes métodos de esterilización, que de primera instancia tendrá

un costo mayor y en segunda habrá que hacer algunas modificaciones en el área para

garantizar la seguridad de los operadores y los materiales añadiendo las necesidades

para instalarlos.

Otro beneficio es la versatilidad del equipo, es fácil de usar, se mejoraron los procesos

y brinda la seguridad al operador y a los materiales gracias a la programación del PLC;

además de que la autoclave se realizó bajo los estándares de NOM, AAMI y OSHA.

En comparación del costo el precio de venta de la autoclave 2040M es

aproximadamente de $25,000.00 MXN (EBP), por lo tanto la autoclave híbrida tiene el

mismo proceso de fabricación, la diferencia es la adición tecnológica para lograr el

correcto funcionamiento del equipo, el cual aumenta su costo de fabricación. Por lo

que la autoclave híbrida sería más viable económicamente.

149

CONCLUSIONES.

A lo largo dela realización del presente trabajo, se ha cumplido:

En función del diseño para el esquema de control, los cambios realizados al

autoclave puede ser realizada sin utilizar maquinaria extra o componentes

especializados.

Es posible añadir los dos métodos de esterilización en una misma autoclave.

La lógica de escalera responde adecuadamente a las condiciones de operación de

ambos métodos de esterilización.

Los resultados arrojados comprueban que pueden realizarse diferentes ciclos,

desde luego considerando los materiales a utilizar para cada método.

La interfaz HMI responde a las necesidades del usuario, seleccionar ciclo, iniciar

ciclo y paro de emergencia.

La implementación de 2 métodos de esterilización de vapor y el óxido de etileno, es

posible y remunerable. Con el riesgo latente de que el óxido de etileno entre en

contacto con el agua al cambiar de método en la autoclave rápidamente generado por

un paro de emergencia o después de finalizar un proceso de esterilización y se quiere

ocupar el otro método se tiene que llevar a cabo el protocolo de seguridad, para evitar

que se forme etilenglicol el cual es muy dañino para los seres humanos. Para pasar de

la esterilización por vapor a óxido de etileno el usuario tendrá que esperar 6 horas,

tiempo que dura la aireación de los materiales que están dentro de la autoclave, para

retirar todo el óxido de etileno.

Aún existen algunos requisitos que cumplir en el proceso del óxido de etileno, detalles

como asegurar que la cantidad adecuada del gas permanezca dentro de la cámara para

que durante el tiempo contacto con el material se logre la esterilización.

Para que la autoclave híbrida pueda salir al mercado aún se necesitan realizar las

pruebas reales, además se requiere de la aprobación de COFEPRIS (Comisión Federal

para la Protección contra Riesgos Sanitarios) para obtener el registro sanitario de la

autoclave, así como la aceptación del equipo en los centros de salud.

RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS.

Este proyecto es muy amplio, dejando oportunidades de mejora, como la propuesta de

un componente adicional para ver una gráfica en tiempo real de las condiciones de

presión y temperatura. Se puede realizar el mismo proceso pero con otra estructura de

control así como otro algoritmo para el control de la autoclave.

El diseño semiautomático que realizamos para la temperatura y la presión de la

autoclave híbrida es un método de control ON-OFF, además se pueden utilizar otras

150

tecnologías para programar y automatizar la autoclave, como lo son los

microcontroladores en lugar de un PLC como se realizó en esta tesis.

Se puede realizar el proceso de manera automática para el cerrado de la puerta

hermético de la puerta. Esta opción permitiría que el operador no tenga necesidad de

cerrar la puerta de forma manual y evitar que la cierre incorrectamente.

151

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